第五章薄膜淀积工艺(中)ppt课件.ppt

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1、第五章薄膜淀积工艺（中）薄膜淀积（ThinFilmDeposition）工艺■�概述■真空技术与等离子体简介(第10章)■化学气相淀积工艺(第13章)■物理气相淀积工艺(第12章)■小结参考资料：《微电子制造科学原理与工程技术》第10、12、13章（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）■引言■CVD工艺原理■CVD技术分类及设备简介■典型物质（材料）的CVD工艺三、化学气相淀积工艺参考资料：《微电子制造科学原理与工程技术》第13章（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）1.常压化学气相淀积APCVD，AtmosphericPressur

2、eCVD2.低压化学气相淀积LPCVD，LowPressureCVD3.等离子体增强化学气相淀积PECVD，PlasmaEnhancedCVD4.其他特殊的CVD工艺：金属CVD，RTCVD，……（三）CVD技术分类及设备简介图13.9连续供片式APCVD系统特点：在大气压下进行，设备简单，反应速率快，适于介质淀积。SiO2淀积工艺：■O2与SiH4气体流量比大于3:1时，可获得化学配比的SiO2。■N2用做稀释气体。■加入磷烷（PH3）可形成磷硅玻璃（PSG）。问题：气体喷嘴处的淀积造成硅片上的颗粒沾污1.常压化学气相淀积（APCV

3、D）图13.11用于使喷嘴处淀积最小化的喷头设计图13.12常见LPCVD反应器结构(1)特点：在低气压下（0.1~1Torr）进行，淀积均匀性好，适于介质和半导体材料的淀积。气压降低⇒分子平均自由程和扩散率增加⇒淀积主要受表面化学反应速率控制⇒气流不是关键参数2.低压化学气相淀积（LPCVD）(2)反应器结构：■冷壁系统：减少壁上淀积■热壁系统：装片量大，温度均匀，壁上淀积严重气压降低也可减少气相成核整批式热壁LPCVD反应器结构图多晶硅SiH4/Ar(He)∼620℃Si3N4SiH2Cl2+NH3750~800℃SiO2SiH2

4、Cl2+N2O∼910℃PSGSiH4+PH3+O2∼450℃BSGSiH4+B2H6+O2∼450℃APCVD气压：1atmLPCVD气压：~0.001atm淀积速率下降1000倍？错误，因为淀积速率不仅取决于总压强，还受分压强影响(3)LPCVD的典型应用(4)LPCVD的问题：淀积温度较高、淀积速率偏低、颗粒沾污3.等离子体化学气相淀积（PECVD）Si3N4:SiH2Cl2+NH3PSG:SiH4+PH3+O2PECVD的反应能量来源于RF等离子体，同时等离子体也使反应物质的表面扩散长度增加，从而改善厚度均匀性和台阶覆盖。冷壁

5、平行板PECVD热壁平行板PECVD■特点：在低温下（<400℃）进行，适于金属层间介质及钝化保护层的淀积。■淀积二氧化硅可分为非掺杂二氧化硅和掺杂二氧化硅。扩散掩蔽层侧壁（Spacer）介质多晶－金属间介质金属－金属间介质钝化层（四）典型物质（材料）的CVD工艺1、二氧化硅的淀积■淀积二氧化硅的应用：(1)二氧化硅淀积的工艺方法：■LPCVDSiO2■PECVDSiO2：TEOS分解、SiH4+N2O低温（500℃以下）SiH4+O2中温（650℃～750℃）TEOS（正硅酸乙酯）分解高温（～900℃）SiH2Cl2+N2O也可用A

6、PCVD工艺PSG薄膜的回流效果示意图(2)掺杂二氧化硅的淀积工艺：■加入PH3、POCl3、PO(CH3O)3（TMP）等掺杂剂，可制作磷硅玻璃（PSG）■加入B2H6、B(C2H5O)3（TMB）等掺杂剂，可制作硼硅玻璃（BSG）■PSG可以降低玻璃转化点（软化）的温度，采用回流工艺可改善淀积薄膜的台阶覆盖性，提高硅片表面的平坦度。■PSG的回流（Reflow）工艺：1000～1100℃，N2/O2/H2O磷含量过低，回流温度高，回流效果不好。磷含量过高时，吸附水汽，形成磷酸，腐蚀铝金属层，同时降低氧化层的介电常数，造成高温下的放

7、气（Outgas）现象，影响金属淀积工艺。可采用SiO2—PSG—SiO2结构来减轻上述问题主要用于多晶—第一层金属之间的绝缘介质■为进一步降低回流温度（850℃），可采用同时掺磷和硼的BPSG（B，P含量各占5wt%）。主要用于多晶硅化物—第一层金属之间的绝缘介质■PSG中磷含量的控制：（4～8wt%）(3)淀积二氧化硅的性质淀积速率快，温度较低可制备掺杂二氧化硅台阶覆盖性和间隙填充能力好(4)淀积法制备二氧化硅的优缺点■优势：与热二氧化硅相比，绝缘性能较差，与硅的界面性能差工艺中使用有毒有害气体，设备成本高■不足：采用ECR等高密

8、度等离子体源，在低压（0.01Torr）下提供高密度的等离子体馈气：SiH4，O2，Ar(或He)化学反应：SiH4+O2，在硅片表面淀积SiO2Ar+离子轰击硅片表面，改善台阶覆盖和间隙填充。(5)二氧化硅淀积工艺的发