薄膜工艺技术

薄膜工艺技术交流CVD部分一：概述二：CVD沉积原理及特点三：CVD沉积膜及其应用四：CVD方法及设备五：薄膜技术的发展一：概述基本上，集成电路是由数层材质不同的薄膜组成，而使这些薄膜覆盖在硅晶片上的技术，便是所谓的薄膜沉积及薄膜成长技术。沉积：成长：薄膜沉积技术的发展，从早期的蒸镀开始至今，已经发展成为两个主要的方向：CVD和PVD经过数十年的发展，CVD已经成为半导体生产过程中最重要的薄膜沉积方法。PVD的应用大都局限在金属膜的沉积上；而CVD几乎所有的半导体元件所需要的薄膜，不论是导体，半导体，或者介电材料，都可以沉积。在目前的VLSI及ULSI生产过程中，除了某些材料因特殊原因还在用溅镀法之外，如铝硅铜合金及钛等，所有其他的薄膜均用CVD法来沉积。二：CVD沉积原理及特点A：定义：指使一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术B：沉积原理：（误区）（画图）用CVD法沉积硅薄膜实际上是从气相中生长晶体的复相物理—化学过程，是一个比较复杂的过程。大致可分为以下几步：①反应物分子通过输运和扩散到衬底表面。②反应物分子吸附在衬底表面。③吸附分子间或吸附分子与气体分子间发生化学反应，形成晶核④晶核生长-----晶粒聚结----缝道填补-----沉积膜成长。二：CVD沉积原理及特点C：CVD工艺特点：1）CVD成膜温度远低于体材料的熔点或软点。因此减轻了衬底片的热形变，减少了玷污，抑制了缺陷生成;设备简单，重复性好；（2）薄膜的成分精确可控；（3）淀积速率一般高于PVD（如蒸发、溅射等）（4）淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好。（5）极佳的覆盖能力二：CVD沉积原理及特点D：薄膜的参数厚度均匀性/台阶覆盖性（画图说明）表面平整度/粗糙度自由应力洁净度完整性影响薄膜质量和沉积速率的参数：反应气体流量，反应压力，腔室温度，是否参杂及参杂数量，RF频率和功率三：CVD沉积膜及其应用前面说过，CVD几乎可以沉积半导体元件所需要的所有薄膜。主要的介电材料有SiO2,SN，PSG，BPSG等；导体要W，Mo及多晶硅；半导体则有硅。一：外延（EPI）指在单晶衬底上生长一层新的单晶的技术。同质：异质：SICL4+2H2=SI+4HCL过程非常复杂，不易控制。实例：50000三：CVD沉积膜及其应用反应式及应用（见下表）举例说明补充：1：BPSG（参杂的二氧化硅）作用：1，2，3反应式：SIH4+2N2O=SIO2+H2+2N2PH3+N2O=B2H6+N2O=2：SN：LOCOS技术，FOXSIH2CL2+NH3=钝化：SN对碱金属和水气极强的扩散阻挡能力3：关于TEOSTEOS结构：用TEOS代替普通SIO2原因：用于IMD，台阶覆盖性极好；热稳定性好；相对普通的二氧化硅，较致密缺点：颗粒度与TEOS相对应，BPSG可用TMB，TMPO来沉积。SI（OC2H5）4，B（OC2H5）3，PO（OCH3）3代替了由剧毒的B2H6和PH3。4：Tungstenplug（画图）用于上下金属层间的中间金属连接物，用钨的原因？基本上会用钨来作为半导体元件的金属内连线。原因？四：CVD方法及设备一般而言，任何CVD系统均包括一个反应腔室，一组气体传输系统，排气系统及工艺控制系统等。A.APCVD（工作特点，缺点？）B.LPCVD（比较普遍的原因）C.PECVD（占CVD主流的原因：低压和低温）下面主要介绍LPCVD和PECVD1：LPCVD结构(画图）工作原理及压力2：PECVD工作原理：能够低温反应的原因结构3：LPCVD和PECVD沉积膜差别一般的，PECVD主要用来沉积介电材料膜。而LPCVD则都可进行沉积（本公司也不例外）。对于介电材料膜区别：①SIO2：主要是台阶覆盖性区别（IMD）。②SN：LPCVD用SIH2CL2为主的反应物（因为以SIH4为主的反应物沉积的SN均匀性较差）；此法沉积的SN膜成分单纯，一般用在SIO2层之刻蚀或FOX的掩模上。而PECVD是以SIH4为主的反应物，成分不如LP的单纯。原因？应力：LPCVD法沉积的SN应力非常大，故LPCVD沉积的SN不宜超过一定的范围，以免发生龟裂。由于PECVD可以凭借RF功率的调整，来控制离子对沉积膜的轰击，使SN应力下降。所以用作保护层的SN可以沉积的比较厚（PECVD沉积的），以便抵挡外来的水气、碱金属离子及机械性的创伤。这可以说是以PECVD法进行薄膜沉积时除了反应温度的另外一个主要优点。五：薄膜技术的发展和应用随着集成电路的规模越来越大，尺寸越来越小，电路功能越来越强大，今后的CVD发展将集中在如何沉积新的材料，如何使用新的沉积技术以及如何改善沉积膜的阶梯覆盖能力。当然，薄膜技术并不仅仅局限于半导体行业，在其他的许多行业，如需要沉积金刚石或类金刚石以及有机物膜时，传统的CVD和PVD便出现了瓶颈。其他的技术如PLD(pulsedlaserdeposition)便显示出了它独特的一面。Thanks