第五章薄膜淀积工艺(中)精要.ppt

课后作业 教材第352页：第3、5、7题 第五章 薄膜淀积工艺 （中） 薄膜淀积（Thin Film Deposition）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，Atmospheric Pressure CVD 2. 低压化学气相淀积 LPCVD，Low Pressure CVD 3. 等离子体增强化学气相淀积 PECVD，Plasma Enhanced CVD 4. 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（APCVD） 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℃ Si3N4 SiH2Cl2 +NH3 750~800℃ SiO2 SiH2Cl2 +N2O ～ 910℃ PSG SiH4+PH3 +O2 ～ 450℃ BSG SiH4+B2H6 +O2 ～ 450℃ APCVD气压：1atm LPCVD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 +NH3 PSG: SiH4 +PH3 +O2 PECVD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： ■ LPCVD SiO2 ■ PECVD SiO2：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 APCVD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，