化学气相沉积(中文版)2016年.pptVIP

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm 化学气相沉积(CVD) 化学气相沉积(CVD)概念 沉积制程 沉积制程 CVD制程 APCVD：常压化学气相沉积法 LPCVD：低压化学气相沉积法 PECVD ：等离子体增强型化学气相沉积法 APCVD反应器示意图 常压化学气相沉积法(APCVD) APCVD制程发生在大气压力常压下,适合在开放环境下进行自动化连续生产. APCVD易于发生气相反应,沉积速率较快,可超过1000?/min,适合沉积厚介质层. 低压化学气相沉积法(LPCVD) 低气压(133.3Pa)下的CVD较长的平均自由路径可减少气相成核几率,减少颗粒,不需气体隔离,孔洞少，成膜质量好 低压化学气相沉积系统 等离子体增强型化学气相沉积(PECVD) 等离子体增强型化学气相沉积(PECVD) 到达角度 严重时会形成空洞 影响阶梯覆盖的因素 源材料的到达角度 源材料的再发射 源材料的表面迁移率 黏附系数 源材料原子和基片表面产生一次碰撞的过程中，能与基片表面形成一个化学键并被表面吸附的机率 黏附系数 CVD 源材料 硅烷 (SiH4) 四乙氧基硅烷 (tetra-ethyl-oxy-silane, TEOS ,Si(OC2H5)4) CVD 源材料: 硅烷 自燃性的 (自己会燃烧), 易爆的, 以及有毒的 打开没有彻底吹除净化的硅烷气体管路，可能引起火灾或是小爆炸，并形成微细的二氧化硅粒子使气体管路布满灰尘 硅烷分子结构 CVD源材料吸附: 硅烷 硅烷分子完全对称的四面体 不会形成化学吸附或物理吸附 但硅烷高温分解或等离子体分解的分子碎片, SiH3, SiH2, or SiH, 很容易与基片表面形成化学键，黏附系数大 表面迁移率低, 通常会产生悬突和很差的阶梯覆盖 四乙氧基硅烷(TEOS) CVD 源材料吸附:四乙氧基硅烷 (TEOS) 四乙氧基硅烷 (tetra-ethyl-oxy-silane, TEOS ,Si(OC2H5)4)，也称正硅酸四乙酯 大型有机分子 TEOS分子不是完整对称的 可以与表面形成氢键并物理吸附在基片表面 表面迁移率高 好的阶梯覆盖、保形性与间隙填充 广泛使用在氧化物的沉积上 CVD工艺应用 多晶硅 SiO2 Si3N4 W 硅化钨 TiN PE-TEOS 对O3-TEOS CVD 氧化层 vs. 加热成长的氧化层 CVD二氧化硅应用 钝化层 浅沟槽绝缘(STI) 侧壁空间层 金属沉积前的介电质层(PMD) 金属层间介电质层(IMD) 浅沟槽绝缘(STI) 浅沟槽绝缘 (STI) 侧壁空间层形成 金属沉积前的介电质层(PMD) PSG在摄氏1100 °C, N2气氛中退火 20分钟回流圆滑情形 BPSG在摄氏 850 °C和N2气氛中回流圆滑30分钟 PMD制程的发展 CMP(化学机械抛光)平坦化制程 金属层间介电质层(IMD) 金属层间介电质层(IMD)主要起绝缘作用 一般为未掺杂的硅玻璃 (USG) 或 FSG 温度受限于铝金属熔化 通常是 400 °C 等离子体增强-四乙氧基硅烷, 臭氧-四乙氧基硅烷 和 高密度等离子体 CVD氮化硅的特性与沉积方法 很适合于作钝化层,因为 它有非常强的抗扩散能力,尤其是钠和水汽在氮化硅中的扩散系数很小; CVD氧化硅与CVD氮化硅的特性 O3-TEOS BPSG间隙填充 SiCl2H2(气)+4NH3 (气) →Si3N4 (固)+ 6HCl (气)+ 6H2 (气) 金属的化学气相沉积 钨的电阻率比铝合金要大，但是比相应的难熔金属硅化物及氮化物的电阻率要低，其主要作用为： 钨塞（钨栓）：当接触孔和通孔的最小尺寸大于1μm时，用Al膜可以实现很好的填充，但是对于特征尺寸小于1μm的工艺，Al无法完全填充接触孔和通孔，但CVD钨则能完全填充。 钨的另一用途为局部短程互联线 用钨填充接触孔和通孔的主要工艺： (1)沉积接触层：通常是用Ti作接触层，因为Ti与硅有更小的接触电阻； (2)沉积附着/阻挡层：通常是TiN，因为钨对TiN有较好的附着性 (3)覆盖式化学气相沉积钨：典型工艺是两步沉积，首先使用硅烷还原反应形成一薄层钨，大约几十个纳米左右， 然后用氢气还原反应沉积剩余的钨膜； (4)钨膜的回刻； (5)附着层与接触层的回刻。 硅化钨的化学气相沉积 常常将钨、钛、钴等硅化物做在多晶硅薄膜上,形成多层栅结构，以具有较低的方块电阻（相对于单独的多晶硅而言）。 TiN的化学气相沉积 钨的附着层 阻挡层 用CVD法制备的TiN，保形好， 介电质薄膜在CMOS电路的应用 中温(650~750℃)LPCVD二氧化硅 Si(OC2H5)4+O2