第6讲 低压化学气相沉积

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1、微机电系统制程Microfabricationtechnology第六讲：低压化学气相沉积虞益挺乔大勇Outline1Fundamentals薄膜淀积之LPCVD几种淀积模型薄膜质量评价2Exercises设备结构及原理设备操作流程常见故障及排除设备日常维护注意事项1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD各种薄膜淀积方法常见薄膜：SCS、SiO、SiN、PolySi、Metals、Polymer234化学气相淀积(CVD)外延(Epitax

2、y)－Oxidation－VaporPhase(VPE)－LiquidPhase(LPE)－LowPressure(LPCVD)－MolecularBeam(MBE)－PlasmaEnhanced(PECVD)电化学沉积(Electrochemical溅射(Sputtering)Deposition)旋涂(Spincoating)－RF－Spin-onglass(SOG)－DC－Polyimide(PI),photoresist蒸镀(Evaporation)－PZT－Thermal－Electron

3、-beam－Flash1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD低压化学气相沉积化学气相淀积(CVD)：反应气体的输运－气体流量低压化学气相淀积(LPCVD)：低压：增加了气体的输运速率反应速率：由温度控制分子的平均自由程：一个分子在运动过程中与其他分子碰撞前所行进的距离。1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD低压化学气相沉积反应速率(R):其中,E表示活化能(activationenergy,eV),k为波兹曼常数(Boltzmannconstant),T为a温度(K)。随着温

4、度的升高,表面的反应速率随之增加！高温——反应速率>反应气体的传输速率——受气体传输速率的限制低温——反应速率<反应气体的传输速率——受反应速率的限制1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD氧化硅薄膜(Silicondioxide)用途：介质层/绝缘层、光刻掩膜、牺牲层材料low-tempoxide(LTO)反应方程式：SiH+O－>SiO+2H4222T<500℃，～100nm/minhightemperature反应方程式：Si(OCH)－>SiO+by-products2542T～7

5、00℃，～0.01μm/minPSG(BSG/BPSG)原位掺杂(PH)Si(OCH)+O+PH－>SiO:P+by-products3254232更好的流动性：良好的台阶覆盖性能；作为牺牲层材料：更高的刻蚀速率1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD氧化硅薄膜(Silicondioxide)1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD氮化硅薄膜(SiliconNitride)用途：电气/热绝缘层、钝化层、掩膜层、刻蚀阻止层反应方程式：3SiH+4NH－>SiN+12H43342xS

6、iClH+yNH－>SiN+2xHCl+3y/2H223xy2T:700～900℃；P:0.2～0.5Torr缺陷数较PECVD少PECVD：～250-350℃，Si/Nratio：0.8-1.2，应力可控1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD氮化硅薄膜(SiliconNitride)1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD多晶硅薄膜(Polysilicon)用途：门电路、大阻值电阻、局部互连、微结构器件层反应方程式：SiH－>Si+2H42T:580～650℃；P:0.1～0

7、.4Torr掺杂方式：原位(in-situ)掺杂p型，BH，～0.005欧·厘米，淀积速率↑26n型，AsH/PH，～0.02欧·厘米，淀积速率↓33淀积后掺杂：注入、扩散PECVD很少用！1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD淀积过程反应源气体在热的硅片表面发生化学反应，生成固体薄膜！薄膜种类：PolySi、SiN、SiO、PSG、LTO342工艺参数：温度、压力、气体流量、工艺时间1、Fundamentals-几种淀积模型1、Fundamentals-薄膜质量评价晶粒（大小、晶向等）

8、与淀积温度、掺杂类型、热处理工艺有很大关系温度对多晶硅晶粒的影响:<590℃，无定形态>610℃，晶体态590～610℃，中间态晶粒大小对表面粗糙度的影响：1、Fundamentals-薄膜质量评价应力与应力梯度应力：拉应力、压应力来源、影响、测量、控制应力梯度：应力在厚度方向上的不一致1、Fundamentals-薄膜质量评价应力与应力梯度1、Fundamentals-薄膜质量评价应力与应力梯度convexconcaveconcave平应均力薄膜表面应张应力梯力度5