薄膜沉积PVD和CVD.ppt

1、薄膜沉积，即在芯片上形成薄膜的技术，可分为：1。薄膜生长：消耗芯片或衬底2的材料。薄膜沉积：物理气相沉积，PVD)化学气相沉积，物理气相沉积，1。蒸发：加热待蒸发的物体(电阻或电子束)，并利用其在高温下的饱和蒸气压沉积薄膜。简单真空蒸发机：蒸发室，蒸发源坩埚：钨，钼和钽材料。缺点：1 .对合金或化合物的沉积成分控制不好；步骤覆盖能力差。2.溅射：用等离子体中产生的部分离子轰击放置在阴极板上的电极材料(靶)，被撞击的原子在另一个电极表面沉积二次电子。溅射设备，1。传统类型：DC等离子体，磁控DC增加沉积速率。DC溅射机的基本结构磁控DC溅射机的结构，a .金属材料在超大规模集成电路工艺中的应用包

2、括(1)金属丝金属，(2)接触金属，接触金属，(3)阻挡金属，阻挡金属，瓶颈：b .台阶覆盖能力问题，溅射沉积的导体层或阻挡层，溅射设备，准直器：1/1到2/1缺点：准直器维护费用高，溅射设备，3 .长投：它可以被认为是一个单一的准直器缺点3360缓慢沉积，溅射设备，电离PVD:一个射频线圈被添加到溅射室周围，以增加金属粒子停留在等离子体中的时间，从而提高金属粒子被电离的机会，使这些电离的金属粒子倾向于在垂直于晶片表面的方向上移动，并需要在33，360的高气压下工作大约20，35毫托。线孔问题通过以下两种方法解决：5 .高温方法：在沉积期间提高了晶片的表面温度，并且传统的溅射温度大多低于300

3、。至于高温法，温度在450以上，甚至高达550。这种方法主要是针对铝的溅射(称为高温铝工艺)。6.高压方法：将溅射室的操作压力增加到数百个大气压(atm)，并且通过利用大气压对沉积膜施加的应力来提高溅射的空穴填充能力(如果溅射压力在几毫托和几十毫托之间，该方法也针对铝。气压约为600至700大气压。铝合金溅射工艺，1。铝的特性：低电阻率(约3厘米)，对二氧化硅的附着力好，易于干法刻蚀处理(BCl3/Cl2) 2。铝合金：加入1%的硅和0.5%的铜。尖峰现象。电迁移缺点：很难干法刻蚀超大规模集成电路应用：导线，超大规模集成电路工艺铝是简单地用作导线。许多超大规模集成电路工厂使用高温或高压方法将铝

4、合金直接填充到接触孔、铝线、钨塞和接触金属溅射工艺中。为了减少金属和硅之间的接触电阻，我们将在它们之间增加一层接触金属。最常用的材料是钛。1.自对准钛硅化物：自对准硅化物，2。自对准硅化钴：进入0.18米以下的主要硅化工艺之一，主要优点如下：(1)热处理温度低；(b)二氧化硅和二氧化硅之间的化学相容性稳定；在阻挡金属的溅射过程中，通常在铝和硅之间添加阻挡金属层以防止尖峰现象；对于栓塞钨，钨的化学气相沉积反应气体与衬底硅反应，导致诸如接头泄漏或接触失效的问题。因此，钨和硅之间也加入了阻挡金属。常见的金属是： 1。氮化钛(TiN) 2。钛钨合金(TiW) 3钽和钽：主要用作铜工艺中的阻挡层材料。铜

5、3360 (a)具有低电阻率(铜约为1.8厘米，铝约为3厘米)，(b)对二氧化硅的粘附性差，(c)对二氧化硅和硅的扩散速度快，容易引起部件的劣化，以及化学气相沉积，化学气相沉积利用化学反应从反应物(通常是气体)产生固体产物，并将它们沉积在晶片表面，简称为化学气相沉积。沉积的薄膜包含导体、半导体和介电材料。主要材料有：导体：钨、氮化钛介电材料：二氧化硅、氮化硅、砷化镓、BPSG半导体：多晶硅、非晶硅外延：碳硅、化学气相沉积原理、1。雷诺数，Re:Re=d v/其中d:流体流动的管道直径：流体密度v:流体流速：流体粘度的层流：re2100的分子流：化学气相沉积设计期望气体以层流进行，化学气相沉积原

6、理，边界层厚度：Re被替代，其表示为：化学气相沉积原理，3。菲克第一扩散定律：扩散流量=F1=-D(C/y)=-D (Cs Cg /y)当y F1=D (Cs Cg/)时，如果反应气体是理想气体，那么PV=nRT，所以f1=(d/rt) (pg-PS) 4.f23360气体分子在晶片表面的化学反应所消耗的量F2=Kr Cs，其中Kr:沉积的反应数速率常数，化学气相沉积原理，5。在平衡状态下， F1=F2 CS=CG/1(KR/D)CS=CG/1 SH=KR/D(a)SH 1(表面反应限制):Cs Cg (b) Sh 1(扩散限制或质量转移限制):Cs 0，化学气相沉积原理，(a)当化学气相沉积

7、反应是表面反应限制时，反应速率写为：沉积速率Kr Cg K0 exp(-Ea/kT)Cg，其中K0是常数，Ea是表面化学反应所需的活化能。该反应主要是由于温度不足和反应物不能获得足够的能量。当化学气相沉积反应是扩散受限时，反应速率写成：沉积速率Cg/D0 exp(-ed/kT)Cg/其中D0是扩散常数，Ed是气体分子扩散所需的能量。这种反应主要是因为反应速率太快，通常发生在高温下，化学气相沉积材料及其沉积方法，AP:常压(1atm) LP:低压(100Torr) PE:等离子体高密度等离子体，一个具有高等离子体密度的系统，一般采用频率为13.56MHz的PECVD:等离子体离子浓度为10101

8、011cm-3，等离子体离子浓度为10111013 c 应用在0.8米0.25米工艺的主要介电材料是二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，磷硅酸盐玻璃，BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)，FSG(氟化硅酸盐玻璃，1。 二氧化硅： (a) LTO: sih4 (g) O2 (g)二氧化硅(s)2 H2(g)(b)TEOS-lpcvd:si(oc2h 5)4(l)二氧化硅(s) 4c2h4 (g) 2h2o (g) 2n2o (g)二氧化硅(s)2 H2(g)2 N2(g)(d)HDP CVD:si H4(g)O2(g)ars io2(s)2 H2(g)arh DP-CVD SiO 2，二氧化硅的相对位置PSG :

9、 (a) SiH4(g) 4PH3(g) 6O2(g)二氧化硅(s) 2P2 O5(g) 2H2(g) (b)硅(OC2 H5)4(l)二氧化硅(s) 4C2H4(g) 2H2O(g) 3。BPSG : SiH4(g) O2(g)二氧化硅(s) 2H2(g) 4。FSG :加入少量的氟原子将二氧化硅的介电常数降低到4以下，应用二氧化硅-，应用(化学气相沉积导体)，1。金属氧化物半导体的金属层是7si H4(g)2 wf 6(g)3 SIF 4(g)2 wix(s)14 H2(g)2 . w(塞w)2 wf 6(g)3si(s)2w(s)3 SIF 4(g)wf6(g)3 H2(g)w Sih4

10、(g)2HF(g)H2(g)，一种新的化学气相沉积材料，1。高介电材料：增加动态随机存取存储器的电荷储存容量，减少介电层的厚度，寻找高介电值的材料。介电常数(a) Ta2O5SiO4 MOCVD 3360温度400500 sin 72ta(oc2h 5)5(g)30o 2(g)alo 10 ta 2 o 5(S)20co 2(g)25H2O(g)Tao 25 basrti 100(b)BST和STO BST，(ba，Sr) TiO3 : DRAM STO超过1 GB，SrTiO3 :比BST更容易控制，新的CVD材料，2。低介电常数材料：选用低介电常数材料代替二氧化硅，以解决多重互连引起的RC时延问题。薄膜的制作方法是：(1)旋涂的温度和湿度控制应更精确。1.hsq: (hsio3/2) n2。芳香族聚醚3。二氧化硅凝胶。环戊二烯：共聚物聚合物。FSG 2。SiOC:也称为有机硅玻璃。它开始应用于0.18m 3以下的工艺。氟化无定形碳4。氢：氢化无定形碳5。聚对二甲苯AF4，一种新的化学气相沉积材料。3.铜线宽度每减少0.7倍，RC延迟时间就增加一倍，因此以铜为导线的互连技术成为一个重要问题。