薄膜气相淀积工艺分解.ppt

薄膜气相淀积工艺;;半导体薄膜：Si，GaAs 介质薄膜: SiO2, BPSG, Si3N4, 金属薄膜:Al, Cu ;Silicon substrate;对薄膜的要求;Step Coverage Issues:;Filling Issues: ;Examples or problems in actual structures. a) step coverage in sputter deposition of Al. b). voids in CVD oxide;可以用深宽比来描述一个小间隙（如槽或孔）深宽比定义为间隙的深度和宽度的比值;Two main types of deposition methods have been developed and are used in CMOS technology: 两种主要的淀积方式 ? Chemical Vapor Deposition (CVD) - APCVD, LPCVD, PECVD, HDPCVD ? Physical Vapor Deposition (PVD) - evaporation, sputter deposition;;化学气相沉积是利用气态化合物或化合物的混合物在基体受热面上发生化学反应，从而在基体表面上生成不挥发的涂层。;CVD工艺优点; CVD过程;(1) 常压化学气相淀积（APCVD）； (2) 低压化学气相淀积（LPCVD）； (3)等离子体辅助 CVD 等离子体增强化学气相淀积（PECVD） 高密度等离子体化学气相淀积（HDPCVD） 另外还有次常压化学气相淀积SAPCVD （sub atmosphere pressure CVD）和MOCVD等。 ;1.常压化学气相淀积(NPCVD Normal?Pressure?CVD)(APCVD Atmosphere Pressure);APCVD系统示意图;APCVD的缺点： 1.硅片水平放置，量产受限，易污染。 2.反应速度受多种因素影响，反应室尺寸、气体流速、硅片位置等都会影响速度。 3．均匀性不太好，所以APCVD一般用在厚的介质淀积。 APCVD系统的优点: 具有高沉积速率，可达6000～10000埃/min;2. 低压化学汽相淀积(LPCVD);;在这个系统中沉积室(deposition chamber)是由石英管(quartz tube)所构成，而芯片则是竖立于一个特制的固定架上，可以扩大装片量。 在LPCVD系统中须要安装一个抽真空系统，使沉积室内保持在所设定的低压状况，并且使用压力计来监控制程压力 ;LPCVD系统的优点：具有优异的薄膜均匀度，以及较佳的阶梯覆盖能力，并且可以沉积大面积的芯片； LPCVD的缺点：沉积速率较低，而且经常使用具有毒性、腐蚀性、可燃性的气体。 由于LPCVD所沉积的薄膜具有较优良的性质，因此在集成电路制程中LPCVD是用以成长单晶薄膜及其对品质要求较高的薄膜。 ; APCVD生长速率快，但成膜均匀性不好，容易产生影响薄膜质量的微粒，基本不应用于集成电路制造。LPCVD反应??统一般要求温度在650℃以上，不能应用到后段。 后段工艺中薄膜生长的反应温度较低，需引入额外的非热能能量或降低反应所需激活能以得到足够反应能量。;前者代表是PECVD和HDPCVD，等离子体提供的能量大大降低反应所需热能，从而降低反应温度到400℃以下；后者代表是采用TEOS 与O3反应系统的SACVD，由于O3在较低温度下就可以提供氧自由基，反应所需激活能小于TEOS与O2 系统，因此较低温度下也可以提供足够的淀积速率。 ; 等离子体增强化学气相淀积(PECVD)是指采用高频等离子体驱动的一种气相淀积技术，是一种射频辉光放电的物理过程和化学反应相结合的技术。该气相淀积的方法可以在非常低的衬底温度下淀积薄膜，例如在铝(AL)上淀积Si02。工艺上PECVD主要用于淀积绝缘层。;PECVD是在低压气体上施加一个高频电场，使气体电离，产生等离子体。等离子体中的电子和离子，在电场作用下，不断旋转和运动，获得能量而被加速。这些高能粒子与反应气体分子、原子不断发生碰撞，使反应气体电离或被激活成性质活泼的活性基团。高化学活性的反应物可使成膜反应在较低温度下进行。;; PECVD的沉积原理与一般的CVD之间并没有太大的差异。等离子体中的反应物是化学活性较高的离子或自由基，而且衬底表面受到离子的撞击也会使得化学活性提高。这两项因素都可促进基板表面的化学反应速率，因PECVD在较低的温度即可沉积薄膜。 在集成电路制程中，PECVD通常是用来沉积SiO2 与Si3N4 等介电质薄膜。PECVD的主要优点是具有较低的沉积温度下达到高的沉积速率;1. 更低的工