化学气相沉积ppt课件.ppt

第六章化学气相沉积MSI时代nMOS晶体管的各层膜ULSI硅片上的多层金属化芯片中的金属层6.1CVD概述6.1CVD概述6.1CVD概述6.1CVD概述6.1CVD概述6.1CVD概述6.2CVD工艺原理边界层理论6.2CVD工艺原理6.2CVD工艺原理结论：
（1）淀积速率与Cg（反应剂的浓度）或者Y（反应剂的摩尔百分比）成正比；
（2）在Cg或者Y为常数时，薄膜淀积速率将由Ks和hg中较小的一个决定。升高温度可以提高淀积速率
但随着温度的上升，淀积速率对温度的敏感度不断下降；当温度高过某个值后，淀积速率受质量输运速率控制以硅外延为例（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。6.3CVD工艺方法6.3CVD工艺方法质量流量控制系统CVD反应室的热源6.3CVD工艺方法常压化学气相淀积(APCVD)
低压化学气相淀积(LPCVD)
等离子增强化学气相淀积(PECVD)6.3CVD工艺方法6.3CVD工艺方法6.3CVD工艺方法斜率与激活能Ea成正比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?界面层厚度s是x方向平板长度的函数。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。低压化学气相淀积（LPCVD）分子自由程变长，反应气体质量迁移速率相对于表面反应速率
大大增加，这就克服了质量传输限制，使淀积薄膜的厚度均匀性
提高，也便于采用直插密集装片

降低气体压力，气体分子的自由程加长，气相反应中容易生成
亚稳态的中间产物，从而降低了反应激活能，因此，在不改变淀积
速率的情况下，淀积温度就可以低于APCVD的淀积温度LPCVD反应器的结构示意图低压化学气相淀积（LPCVD）表面反应速率控制淀积速率
原因：在较低的气压下，气体的扩散速率比在一个大气压下高出很多倍。
结果：对温度比较敏感，温度相对来说较易控制，对反应室结构要求不高，可放置较多的硅片。
优点
增加产率—晶片可直插放置许多片（100-200）
污染少，均匀性和台阶覆盖性较APCVD好
缺点：
相对低的淀积速率，相对高的工作温度LPCVDBatchprocessing：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
生产成本低最常用
反应激活能：通过非热能源的射频（RF）等离子体来激活和维持化学反应。
低温淀积
应用：在Al上淀积二氧化硅或氮化硅
较高的淀积速率
表面反应速率控制淀积速率，精确控制衬底的温度，可得到均匀的薄膜。等离子体中的电子与反应气体分子碰撞
反应气体分子分解成多种成份：离子、原子及活性基团
活性基团不断吸附在基片表面上
吸附在表面上的活性基团之间发生化学反应生成薄膜层
表面吸附的离子受到离子和电子的轰击，易迁移，发生重新排列。
淀积的薄膜均匀性良好，具有填充小尺寸结构的能力。APCVD
设备简单，淀积速率大（>1000A/min）。
易气相成核，均匀性不好，材料利用率低。
质量输运控制淀积速率。
LPCVD
均匀性好，台阶覆盖性好，污染少。对反应室结构要求低。装片量大。
淀积速度低，工作温度高。
表面反应控制淀积速率。CVD的三种方法比较台阶覆盖（保角性conformality）
台阶覆盖（保角性conformality）
举例
在APCVD中，以SiH4和氧气为反应剂沉淀SiO2
因SiH4的黏滞系数很大，淀积速率正比于气体分子到达表面时的角度范围
到达角
反应物到达半导体表面时有不同的角度
在一个陡峭的台阶处，APCVDSiO2时，薄膜在台阶顶部处最厚，在拐角处最薄。
SiO2薄膜在拐角处的斜率大于90o，使得随后的薄膜淀积和各项异性刻蚀变得非常困难。
台阶覆盖（保角性conformality）
遮蔽效应
LPCVD工艺、PVD中的蒸发和溅射
反应剂分子的平均自由程很长，且在衬底表面上的迁移能力又很低的情况下，则会发生掩蔽效应，受到掩蔽的点处的膜厚小于没受到掩蔽的点处的膜厚磷硅玻璃
在淀积SiO2的气体中同时掺入PH3，就可形成磷硅玻璃（PSG)
PSG对水汽的阻挡能力不强，故在高磷情况下有很强的吸潮性；
PSG可以吸收碱性离子、吸收杂质；
PSG在高温下（1000~1100℃）可以流动，使随后淀积的薄膜有更好的台阶覆盖。在金属层间，一般需淀积表面平滑的二氧化硅作为绝缘层。若氧化膜有凹陷，容易使得上层金属膜淀积时有缺口产生