第六章薄膜气相淀积工艺.ppt

* 典型物质淀积简介 SiO2生长： 低温CVD氧化层：低于500℃ 中等温度淀积：500～800℃ 高温淀积：900℃左右 一、二氧化硅（SiO2）薄膜 * 1.SiO2的用途 非掺杂SiO2:用于离子注入或扩散的掩蔽膜， 多层金属化层之间的绝缘，场区氧化层 掺杂SiO2:用于器件钝化，磷硅玻璃回流， 将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源 * 2.淀积SiO2的方法: 硅烷法和TEOS法 A.硅烷和氧反应 低压化学气相淀积(LPCVD) ：＜500℃ SiH4+O2 SiO2 +2H2 4PH3+5O2 2P2O5 +6H2（钝化层sio2） 400℃ 400℃ * TEOS是正硅酸乙脂。分子式为Si(C2H5O) 4，室温下是一种液体。可以直接分解生成SiO2层。 650～750℃ Si(OC2H5)4 SiO2 +4C2H4+2H2 用TEOS分解法具有温度低，均匀性好，台阶覆盖优良、 膜质量好等优点 另一种是通过TEOS与O2/O3反应，来得到SiO2。 Si(OC2 H5)4+O2→SiO2 +副产物，产物平整度很好， 但反应温度一般大于600℃。 * 臭氧（O3）包含三个氧原子，比氧气有更强的反应活性，因此，这步工艺可以不用等离子体，在低温下（如400℃）进行，因为不需要等离子体，O3就能使TEOS分解，因此反应可以在常压（APCVD,760托）或者亚常压(SAPCVD，600托)下。 所以用O3代替O2与TEOS反应可以大大降低反应温度。通过降低反应所需激活能以得到足够反应能量。因此用在集成电路制造后段工艺中。 优点：对于高的深宽比槽有良好的覆盖填充能力。 缺点：SiO2膜多孔，因而通常需要回流来去掉潮气并增加膜密度。 用TEOS－O3淀积SiO2 * APCVD TEOS-O3改善后的台阶覆盖 * * 二、氮化硅薄膜 1.氮化硅薄膜在集成电路中的主要应用,有三个方面: (1)用作为硅选择氧化和等平面氧化的氧化掩膜； (2)钝化膜； (3)电容介质。 氮化硅的化学汽相淀积：中等温度(780～820℃)的 LPCVD或低温(300℃) PECVD方法淀积 * 2. 低压化学气相淀积氮化硅薄膜 A、氮化硅的低压淀积方程式： 氮化硅的低压化学气相淀积主要通过硅烷、二氯二氢硅与氨在700-8000C温度范围内反应生成。主要反应式如下 LPCVD 3SiH2Cl2+7NH3?Si3N4 ? +3NH4CL ? +3HCl? +6H2 ? PECVD 3SiH4 + 4NH3 ? Si3N4 + 12H2 * 3.等离子体增强化学气相淀积氮化硅薄膜 A、等离子淀积优点及方程式：等离子增强CVD的突出优点是淀积温度低，最常用的温度是300－3500C。等离子体增强化学气相淀积氮化硅，常由SiH4与氨或SiH4与氮在氩等离子气氛下反应，其反应式如下： SiH4 + NH3 →SiNH + 3H2 ２SiH4 + N2 →2SiNH + 3H2 * 用LPCVD 和 PECVD 氮化硅的性质 * 高密度等离子体淀积腔 Photo 11.4 * 多晶硅的化学汽相淀积：利用多晶硅替代金属铝作为MOS器件的栅极是MOS集成电路技术的重大突破之一，它比利用金属铝作为栅极的MOS器件性能得到很大提高，而且采用多晶硅栅技术可以实现源漏区自对准离子注入，使MOS集成电路的集成度得到很大提高。 三.多晶硅薄膜 * 淀积多晶硅 淀积多晶硅一般采用化学汽相淀积（LPCVD）的方法。利用化学反应在硅片上生长多晶硅薄膜。适当控制压力、温度并引入反应的蒸汽，经过足够长的时间，便可在硅表面淀积一层高纯度的多晶硅。 * 四、硅化钨 金属电极引线，大多用PVD方法来形成，但是这种方法形成的金属薄膜阶梯覆盖能力不好。因此除了金属铝以外，其他金属的淀积全部用CVD法 * 1.硅化钨 硅化钨熔点高，稳定性好，电阻率低，在集成电路中应用十分广泛 主要应用在改善金属铝与硅之间的欧姆接触，以及MOS器件栅极部分的金属层 2WF6+7SiH4?2WSix ? ＋3SiF4 ?+14H2? Wsix其X值大约在2.6～2.8，此时电阻率较高，约700～900欧.厘米。为降低电阻率，需要经过退火处理。 * 2.金属钨 LPCVD淀积的钨，作为上下金属层间的连接物，称为“插塞钨” 反应一是硅将WF6内的钨还原出来，称为硅还原 反应二称为氢还原反应 反应三称为硅烷还原反应 如果是金属层和硅之间的接触，可利用