硅集成电路工艺——化学气相淀积浅析.ppt

天津工业大学 CompanyLOGO 天津工业大学 Chap.6 化学气相淀积（CVD） CVD的基本概念、特点及应用 1 CVD的基本模型及控制因素 2 3 CVD多晶硅和氮化硅的方法 4 5 CVD SiO2的特性和方法 CVD系统的构成和分类 天津工业大学 CVD的基本概念 化学气相淀积（CVD）： ——把含有构成薄膜元素的气态反应剂或者液态反应剂的蒸气，以合理的流速引入反应室，并以某种方式激活后在衬底表面发生化学反应并在淀积成膜的一种方法。 天津工业大学 CVD氧化膜与热生长氧化膜 天津工业大学 CVD的工艺特点 CVD成膜温度远低于衬底的熔点或软点，减轻了对衬底的热形变，减少了沾污，抑制了缺陷的生成，减轻了杂质的再分布，适合于制造浅结分离器件及VLSI电路，而且设备简单，重复性好； 薄膜的成分精确可控，配比范围大； 淀积速率一般高于PVD，厚度范围广，由几百埃到数毫米，且能大量生产； 淀积薄膜结构完整，致密，与衬底粘附性好，且台阶覆盖性能较好。 天津工业大学 CVD薄膜的应用 浅槽隔离（STI，USG） 侧墙掩蔽（USG） 前金属化介质层（PMD，PSG、BPSG） 金属间介质层（IMD，USG、FSG） 钝化保护层（PD，Oxide/Nitride） 抗反射涂层（ARC，SiON） 天津工业大学 天津工业大学 浅槽隔离（STI） 天津工业大学 侧墙掩蔽 天津工业大学 §6.1 CVD模型 天津工业大学 天津工业大学 CVD的基本过程： 反应剂在主气流中的输送 反应剂从主气流中扩散通过边界层到达衬底表面 反应剂在表面被吸附 吸附的反应剂在表面发生反应，淀积成膜 反应的副产物和未反应剂离开衬底表面，排除 天津工业大学 边界层理论 黏滞性流动；泊松流 边界层（附面层、滞流层）概念 Δ(x)=(μ x/ρU)1/2 Δ(x)=2/3 L(μ /ρUL)1/2 =2/3 L/(Re)1/2 Re= ρUL / μ 天津工业大学 Grove模型 F1=hg(Cg-Cs) F2=ksCs Cs=Cg/(1+ks/hg) G=F/N= ks hg /(ks +hg) *CT/N1*Y Ks hg时，表面反应控制： G= (CT ks Y) /N1 hg Ks时，质量输运控制： G= (CT hg Y) /N1 天津工业大学 决定ks的主要因素：温度 ks＝k0exp(-EA/kT) 决定hg的主要因素：气体流速，气体成分，系统压力 hg=Dg/δs 所以为了保证统一的淀积速率，就必须： 对于表面反应控制，保持处处恒定的温度 对于质量输运控制，保持处处恒定的反应剂浓度 天津工业大学 淀积速率与温度的关系 天津工业大学 §6.2 化学气相淀积系统 CVD系统通常包括： 气态源或液态源 气体输入管道 气体流量控制 反应室 基座加热及控制系统（其他激活方式） 温度控制及测量系统 减压系统（可选） 天津工业大学 CVD的气体源、质量控制系统及反应室热源 CVD的气体源： 气态源 液态源（优点） 冒泡法（温度） 加热液态源 液态源直接注入法 CVD反应室热源： 热壁式：气流稳定 冷壁式：侧壁淀积少 电阻直接加热 电感加热或高能辐射灯加热 天津工业大学 冒泡法液态源 天津工业大学 CVD中常采用的源 天津工业大学 常用的几种CVD系统 APCVD系统(atmospheric pressure CVD) 操作简单；较高的淀积速率；适于介质薄膜淀积 易发生气相反应，产生颗粒污染；台阶覆盖性和均匀性较差；一般是质量输运控制，需精确控制各处的反应剂浓度均匀 水平式反应系统；连续式淀积系统 天津工业大学 LPCVD系统(low pressure CVD) 污染小；均匀性和台阶覆盖性较好；一般是表面反应控制，精确控制温度比较容易 气缺现象；较低的淀积速率；较高的淀积温度 立式淀积系统；管式淀积系统 天津工业大学 PECVD系统(plasma enhanced CVD) 相对最低的淀积温度，最高的淀积速率；淀积的薄膜具有良好的附着性、低针孔密度、良好的阶梯覆盖、良好的电学特性、可以与精细图形转移工艺兼容 设备较复杂，影响因素多：温度、气流速度、压力、射频功率等；可能的污染较多 冷壁平行板；热壁平行板 天津工业大学 天津工业大学 §6.3 CVD多晶硅的特性和淀积方法 多晶硅的性质和作用 化学气相淀积多晶硅 热壁式LPCVD：SiH4(吸附)＝Si(固)+2H2(气) 淀积条件对多晶硅结构及淀积速率的影响 淀积温度、压力