半导体工艺技术薄膜淀积ppt课件.ppt

半导体制造工艺2半导体薄膜：Si
介质薄膜：SiO2，Si3N4,BPSG，…
金属薄膜：Al，Cu，W，Ti，…1）化学气相淀积—ChemicalVaporDeposition(CVD)
一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底表面发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。
例如：APCVD,LPCVD,PECVD,HDPCVD
2）物理气相淀积—PhysicalVaporDeposition(PVD)
利用某种物理过程实现物质的转移，即将原子或分子转移到衬底（硅）表面上，并淀积成薄膜的技术。
例如：蒸发evaporation，溅射sputtering除了CVD和PVD外，制备薄膜的方法还有:外延：在单晶衬底上生长一层新的单晶层，晶向取决于衬底CMOS栅电极材料；多层金属化电极的导电材料ChemicalVaporDeposition(CVD)对薄膜的要求化学气相淀积（CVD）(1)反应剂被携带气体引入反应器后，在衬底表面附近形成“滞留层”，然后，在主气流中的反应剂越过边界层扩散到硅片表面
(2)反应剂被吸附在硅片表面，并进行化学反应F1是反应剂分子的粒子流密度
F2代表在衬底表面化学反应消耗的反应剂分子流密度hG是质量输运系数（cm/sec）设Y一定时，v由hG和ks中较小者决定
1、如果hG>>ks，则Cs≈CG,这种情况为表面反应控制过程
有

2、如果hG<<ks，则CS≈0，这是质量传输控制过程
有质量输运控制，对温度不敏感T对ks的影响较hG大许多，因此：
hG<<ks质量传输控制过程出现在高温
hG>>ks表面控制过程在较低温度出现以硅外延为例（1atm，APCVD）当工作在高温区,质量控制为主导，hG是常数，此时反应气体通过边界层的扩散很重要，即反应腔的设计和晶片如何放置显得很重要。单晶硅外延要采用图中的卧式反应设备，放置硅片的石墨舟为什么要有倾斜?这里界面层厚度s是x方向平板长度的函数。因此，支座倾斜可以促使s(x)沿x变化减小
原理：由于支座倾斜后，气流的流过的截面积下降，导致气流速度的增加，进而导致s(x)沿x减小和hG的增加。从而用加大hG的方法来补偿沿支座长度方向的气源的耗尽而产生的淀积速率的下降。尤其对质量传输控制的淀积至关重要，如APCVD法外延硅。外延单晶硅的化学反应式目前外延常用气源及相应总体化学反应Twodifferentmodesofepitaxy斜率与激活能Ea成正比低压化学气相淀积（LPCVD）27增加产率—晶片可直插放置许多片（100-200）
工艺对温度灵敏,但是采用温度控制好的热壁式系统可解决温度控制问题
气流耗尽仍是影响均匀性的因素，可以设定温差5～25C，或分段进气Batchprocessing：同时100-200片
薄膜厚度均匀性好
可以精确控制薄膜的成份和结构
台阶覆盖性较好
低温淀积过程
淀积速率快
生产效率高
生产成本低多晶硅淀积方法
LPCVD，主要用硅烷法，即在600-650℃温度下，由硅烷热分解而制成，总体化学反应（overallreaction）方程是：SiH4→Si(多晶)+2H2 多晶硅的掺杂

气固相扩散

离子注入

在淀积过程中加入掺杂气体（称为原位掺杂，insitu），与外延掺杂类似

薄膜淀积速率随温度上升而迅速增加
淀积速率随压强（硅烷分压）增加而增加多晶硅的淀积速率
通常不是硅烷浓度的线性函数氧化硅的淀积方法TEOS（正硅酸乙酯）为源的淀积台阶覆盖（保角性conformality）
PSG回流工艺可解决台阶覆盖问题

PSG回流工艺：将形成PSG的样品加热到1000－1100C,使PSG软化流动，改善台阶形状氮化硅的淀积方法等离子增强化学气相淀积（PECVD）等离子体：
物质存在的第四态
高密度导电粒子构成的气体
极板区域有辉光PECVD：在等离子体反应器中，PECVD最重要的特征是能在更低的温度下淀积出所需要的薄膜。物理气相淀积（PVD）
蒸发（Evaporation）
溅射（Sputtering）真空蒸发：在真空中，把蒸发料(金属)加热，使其原子或分子获得足够的能量，克服表面的束缚而蒸发到真空中成为蒸气，蒸气分子或原子飞行途中遇到基片，就淀积在基片上，形成薄膜一、真空蒸发淀积薄膜的物理过程
蒸发过程：被蒸发物质从凝聚相（固相或液相）转化为气相的过程——所需能量为汽化热Hv

在真空系统中的输运过程

(c)气相分子在衬底上吸附、成核和生长不同元素的平衡蒸气
压与温度的函数关系

为了得到合适的淀积
速率，样品蒸气压至少
为10mTorr。

Ta，W，Mo和Pt，这些难
熔金属，它们具有很高
的溶化温度，如为达到
10mtorr的蒸气压，钨
需要超过3000℃。二、真空度与分子平均自由程可见蒸发的淀