硅集成电路工艺基础6浅析.ppt

2. 覆盖式化学气相沉积钨与回刻 用钨填充接触孔和通孔的工艺包含如下六步： (1)表面原位预清洁处理（Ar离子溅射清洗及软粒子清洗）； (2)淀积一个接触层（30-50nm的Ti膜，Ti与Si的接触电阻比较小）； (3)淀积一个附着层/阻挡层（TiN膜，钨对TiN的附着力比较好，改善钨在二氧化硅、氮化硅等绝缘层上附着力差的特性）； (4)覆盖式化学气相淀积钨（典型工艺是是两步淀积：硅烷还原形成钨核层，氢气还原淀积钨的台阶覆盖性能好）； (5)钨膜的回刻； (6)附着层和接触层的刻蚀。 在较高气压下进行氢气还原反应可明显提高台阶覆盖的质量，接触孔和通孔没有空洞，如图所示。 覆盖式CVD钨时，钨必须完全填充接触孔和通孔 6.6.2 硅化钨的化学气相沉积 CVD硅化钨薄膜在polycide（多晶硅/难熔金属硅化物）多层栅结构中广泛应用，WSix是以覆盖方式淀积在掺杂的多晶硅薄膜上，然后被刻蚀形成polycide栅结构。 1 淀积WSix薄膜的化学反应式： 要增大SiH4的流量以保证淀积的是WSix而不是W. WSi淀积的同时也伴随过量的Si集结在晶粒间界，所以用WSix来表示。 如果x2.0，在后面的高温过程中，WSix容易从多晶硅上碎裂剥离。 实际生产中，控制SiH4/WF6流量比使x值在2.2-2.6范围内。 2 使用DCS (SiH2C12) 代替SiH4进行化学气相淀积，化学反应式为: 采用DCS和WF6反应生成WSix薄膜的台阶覆盖好一些，且碎裂剥落也不太严重，因而用DCS取代了SiH4进行CVD硅化钨。 6.6.3 TiN的化学气相沉积 在ULSI互连系统中，使用铝合金、铜、钨等金属作为互连线或者填充接触孔和通孔，在这层金属下面要先淀积一层薄膜，一般采用TiN薄膜。 其作用是： 对于铝合金层，它作为扩散阻挡层防止在金属互连层之间形成接触点； 对于钨或铜的覆盖层，它既作为扩散阻挡层又作为附着层，称为衬垫。 防止底层的Ti（接触层）与WF6接触发生反应，导致淀积的W在淀积层表面突起 保护WF6不与Si发生反应 TiN作为CVD钨的扩散阻挡层 反应溅射淀积TiN到高深宽比的接触孔时，在接触孔的顶角处会形成TiN的外伸现象，使得孔底处的淀积层很薄，最终导致封闭接触孔，如图所示。 CVD的TiN有良好的保形性、高质量的薄膜特性，在接触孔底部能够形成均匀的连续的TiN薄膜。 LPCVD制备TiN薄膜 源：TiCl4和NH3反应 缺点： 沉积温度高，600度以上，超过了Al能承受的范围，只能用于接触孔的淀积。 薄膜中含有Cl，对与TiN接触的Al有腐蚀作用，限制在1%以内。 MOCVD：金属有机化学气相沉积 源：四二乙基氨基钛Ti[N(CH2CH3)2]4 或 四二甲基氨基钛Ti[N(CH3)2]4 淀积温度低， 400度以下，在接触孔和通孔中都能使用。 没有Cl的混入。 6.6.3 铝的化学气相沉积 人们很早就致力于在IC工艺中使用CVD铝，但是因为一些关键性问题没有解决，而且CVD钨栓的成功应用减缓了CVD铝的应用速度。 优点：①CVD铝对接触孔有很好的填充性； ②较低的电阻率(与钨相比)； ③一次完成填充和互连。 覆盖式CVD Al膜：表面粗糙，给光刻工艺带来问题。 选择性CVD Al膜：通过热分解TIBA（Al(C4H9)3，三丁基铝）沉积铝膜，在较好的成核层上进行淀积，可以减轻表面粗糙。通过这种方法可以很好的填充0.4μm大小的连线孔。 目前还有三种值得关注的CVD铝的金属有机化合物源 (1)TMA—Al2[CH3]6：三甲基铝双聚体； (2)DMAH—A1H:[CH3]2：氢化二甲基铝； (3)DMEAA —[CH3]2C2H5N:[AlH3]：二甲基乙基胺铝烷。 在低于200度下，可以通过代换掉碳氢组而获得纯的铝膜。 存在的问题： Al的有机化合物有毒、易燃、接触水会爆炸，必须密封保存，合理操作。 化学性质活泼，必须低温保存，进入反应室前必须采取措施以保持稳定性 CVD铝抗电迁移能力差：CVD铝铜合金 制备复合层（CVD铝+PVD铝铜） MOCVD 铝 第六章作业 1. 化学气相沉积 2. 根据Grove模型，分析化学气相沉积中Cg、 T、 Um对薄膜沉积速率的影响，并指出不同条件下生长速率的控制机制。 3. 简述APCVD、LPCVD、PECVD三种常用的CVD系统各自的特点。 4. TEOS/O3技术淀积SiO2薄膜的优点、存在问题及解决方法。 5. 在LPCVD系统中，减轻