半导体制造技术ppt课件.ppt

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1、半導體製造技術第11章沉積目的研讀本章內容後，你將可學習到：描述多層金屬化。討論薄膜的特性需求。敘述和解釋薄膜成長的3個階段。簡述不同的薄膜沈積技術。列出和描述化學氣相沈積的8個基本步驟，包括不同形式的化學作用。描述CVD反應限制及說明動態反應及CVD薄膜摻入雜質的影響。描述不同形式的CVD沈積系統，解釋設備的功用及討論薄膜應用特殊工具的優點／限制。解釋晶片技術中介電材料的重要性，列舉出應用例子。討論磊晶及3種不同的磊晶沈積方法。解釋旋塗式介電質。MSI世代MOS電晶體之薄膜層p+矽基板p磊晶層場氧化層n+n+p+p+n井ILD

2、氧化層墊氧化層氮化矽頂部閘極氧化層側壁氧化層金屬前氧化層多晶矽金屬多晶矽金屬圖11.1晶圓製造流程圖測試/分類植入擴散蝕刻研磨黃光已完成晶圓薄膜沈積之位置未圖案化之晶圓啟始晶圓薄膜晶圓製造(前段)(UsedwithpermissionofAdvancedMicroDevices)圖11.2簡介晶圓之薄膜層擴散薄膜薄膜的專門用語多層金屬化金屬層介電層ULSI晶圓的多層金屬化圖11.3保護層接合墊金屬p矽基板ViaILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4p磊晶層p+ILD-6LI氧化層STIn井p井ILD-

3、1多晶矽閘極n+p+p+n+n+LI金屬晶片中之金屬層(MicrographcourtesyofIntegratedCircuitEngineering)照片11.1薄膜沈積薄膜特性好的階梯覆蓋能力具有充填高深寬比間隙之能力好的厚度均勻性高的純度及密度理想配比可控制具有低應力的高薄膜品質電性佳基板材料和薄膜附著性優越固態薄膜矽基板氧化層寬度長度厚度和基板比較薄膜是非常薄的圖11.4薄膜於步階上覆蓋均勻階梯覆蓋非均勻階梯覆蓋厚度均勻圖11.5薄膜沈積之深寬比500ÅD250ÅW圖11.6=21深寬比=500Å250Å深寬比=深度寬度

4、高深寬比間隙(MicrographCourtesyofIntergratedCircuitEngineering)照片11.2多晶隙閘極薄膜成長階段連續薄膜氣體分子成核晶粒聚結基板圖11.7薄膜沈積技術表11.1化學氣相沈積CVD的重要觀念包含化學作用，經由化學作用或熱分解(稱之為裂解(pyrolysis))。薄膜的材料源由外加氣體所供給。CVD製程的反應物必須為氣相的形式(如氣體)。化學氣相沈積機台(PhotocourtesyofNovellusSystems,Inc.)照片11.3CVD化學製程CVD的5個基本化學反應熱裂解

5、：化合物分解(破壞鍵結或分解)，以熱的方式通常無氧氣。光分解：化合物分解，以輻射能的方式破壞鍵結。還原：由分子與氫作用產生化學反應。氧化：原子或分子與氧進行化學反應。氧化還原：結合反應3及4，產生兩種新的化合物。CVD反應CVD反應步驟速率限制步驟CVD氣體流動力學CVD壓力CVD製程中摻雜硼矽玻璃硼磷矽玻璃氟矽玻璃CVD傳輸及反應步驟圖CVD反應器基板連續薄膜8)副產物移除1)反應物之質量傳輸副產物2)薄膜先前物反應3)氣體分子擴散4)先前物吸附5)先前物擴散進入基板6)表面反應7)副生成物的吸解出口氣體輸送圖11.8CVD

6、之氣體流氣體流沈積之薄膜矽基板反應產物反應物擴散圖11.9晶圓表面上之氣流動態氣體流邊界層氣體流滯留層圖11.10CVD沈積系統CVD設備設計CVD反應器加熱CVD反應器構造CVD反應器摘要常壓CVD(APCVD)低壓CVD(LPCVD)電漿CVD電漿增強CVD(PECVD)高密度電漿CVD(HDPCVD)CVD反應器形式圖11.11CVD反應器形式及其主要特性表11.2連續製程的APCVD反應器晶圓薄膜反應氣體2反應氣體1鈍氣(a)氣體注入形式N2反應氣體加熱器N2N2N2N2N2晶圓(b)架構形式圖11.12APCVDTEOS

7、-O3之改善的階梯覆蓋圖11.3以化學氣相沈積充填溝渠溝渠CVD氧化物氮化物n井p井內側氧化層p磊晶層p+矽基板PSG再熱流後之平坦表面再熱流後PSG再熱流前PSG金屬或多晶矽圖11.14晶圓表面之邊界層連續氣體流沈積之薄膜矽基板邊界層反應物擴散圖11.15LPCVD反應室三區段加熱線圈尖峰熱電偶(外部、控制)壓力閥由真空幫浦抽出氣體進入輪廓熱電偶(內部)圖11.16用TEOSLPCVD的氧化物沈積壓力控制器加熱器TEOSN2O2真空幫浦氣體流控制器LPCVD爐管三區段加熱器電腦端操作介面爐管微控制器抽出圖11.17溫度控制器M

8、OS元件經摻雜的多晶矽作為閘極電極之重要原因電阻率可由摻雜而定。和SiO2的介面品質佳。可適合於後續的高溫製程。比金屬電極(如鋁)可靠度高。於陡峭外形上沈積均勻。可用於自我對準閘極製程(見第12章)。摻雜的多晶矽作為閘極電極p+p+p+n+n+n