化学气相沉积课件省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖PPT课件.pptx

第六章化学气相沉积MSI时代nMOS晶体管各层膜ULSI硅片上多层金属化芯片中金属层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（反应剂浓度）或者Y（反应剂摩尔百分比）成正比；（2）在Cg或者Y为常数时，薄膜淀积速率将由Ks和hg中较小一个决定。升高温度能够提升淀积速率但伴随温度上升，淀积速率对温度敏感度不停下降；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，此时反应气体经过边界层扩散很主要，即反应腔设计和晶片怎样放置显得很主要。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取图中卧式反应设备，放置硅片石墨舟为何要有倾斜?界面层厚度s是x方向平板长度函数。支座倾斜能够促使s(x)沿x改变减小。原理：因为支座倾斜后，气流流过截面积下降，造成气流速度增加，进而造成s(x)沿x减小和hG增加。从而用加大hG方法来赔偿沿支座长度方向气源耗尽而产生淀积速率下降。尤其对质量传输控制淀积至关主要，如APCVD法外延硅。低压化学气相淀积（LPCVD）33/40LPCVD反应器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：在较低气压下，气体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：相对低淀积速率，相对高工作温度LPCVDBatchprocessing：同时100-200片薄膜厚度均匀性好能够准确控制薄膜成份和结构台阶覆盖性很好低温淀积过程淀积速率快生产效率高生产成本低最惯用反应激活能：经过非热能源射频（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淀积速率表面反应速率控制淀积速率，准确控制衬底温度，可得到均匀薄膜。等离子体中电子与反应气体分子碰撞反应气体分子分解成各种成份：离子、原子及活性基团活性基团不停吸附在基片表面上吸附在表面上活性基团之间发生化学反应生成薄膜层表面吸附离子受到离子和电子轰击，易迁移，发生重新排列。淀积薄膜均匀性良好，含有填充小尺寸结构能力。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黏滞系数很大，淀积速率正比于气体分子抵达表面时角度范围抵达角反应物抵达半导体表面时有不一样角度在一个陡峭台阶处，APCVDSiO2时，薄膜在台阶顶部处最厚，在拐角处最薄。SiO2薄膜在拐角处斜率大于90o，使得随即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中蒸发和溅射反应剂分子平均自由程很长，且在衬底表面上迁移能力又很低情况下，则会发生掩蔽效应，受到掩蔽点处膜厚小于没受到掩蔽点处膜厚磷硅玻璃在淀积SiO2气体中同时掺入PH3，就可形成磷硅玻璃（PSG)PSG对水汽阻挡能力不强，故在高磷情况下有很强吸潮性；PSG能够吸收碱性离子、吸收杂质；PSG在高温下（1000~1100℃）能够流动，使随即淀积薄膜有更加好台阶覆盖。在金属层间，普通需淀积表面平滑二氧化硅作为绝缘层。若氧化膜有凹陷，轻易使得上层金属膜淀积时有缺口产生而造成电路断路。低温淀积磷硅玻璃受热后变得较软易流动，可提供一平滑表面，所以常作为邻近两金属层间绝缘层，此工艺称为磷硅玻璃回流。PSG回流工艺可处理台阶覆盖问题PSG回流工艺：将形成PSG样品加热到1000－1100C,使PSG软化流动，改进台阶形状