化學(xué)氣相淀積ppt課件

1、CVDCVD模型模型化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)CVDCVD多晶硅的特性和淀積方法多晶硅的特性和淀積方法CVDCVD二氧化硅的特性和淀積方法二氧化硅的特性和淀積方法CVDCVD氮化硅的特性及淀積方法氮化硅的特性及淀積方法金屬的化學(xué)氣相淀積金屬的化學(xué)氣相淀積u定義定義 化學(xué)氣相淀積(Chemical Vapor Deposition)簡(jiǎn)稱(chēng)CVD，是經(jīng)過(guò)氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)反響在襯底上淀積一層薄膜資料的過(guò)程。u特點(diǎn)特點(diǎn) 具有淀積溫度低、薄膜成分和厚度易于控制、均勻性和反復(fù)性好、臺(tái)階覆蓋優(yōu)良、適用范圍廣、設(shè)備簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)。u常用的常用的CVDCVD系統(tǒng)系統(tǒng)常壓常壓CVD(APCVD)CVD(APC

2、VD)、低壓、低壓CVD(LPCVD)CVD(LPCVD)、等離子、等離子CVD(PECVD)CVD(PECVD)。The Essential Aspects of CVD1. Chemical action is involved, either through chemical reaction or by thermal decomposition (referred to as pyrolysis).2. All material for the thin film is supplied by an external source.3. The reactants in a CVD

3、process must start out in the vapor phase (as a gas). 高溫分解分解1. Pyrolysis : a compound dissociates (breaks bonds, or decomposes) with the application of heat, usually without oxygen.2. Photolysis: a compound dissociates with the application of radiant energy that breaks bonds.3. Reduction: a chemical

4、 reaction occurs by reacting a molecule with hydrogen.4. Oxidation: a chemical reaction of an atom or molecule with oxygen.5. Reduction-oxidation (redox): a combination of reactions 3 and 4 with the formation of two new compounds. 離解氧氣高溫分解光分解氫復(fù)原氧化復(fù)原Continuous filmGas moleculesNucleationCoalescenceSu

5、bstrateFigure 11.7成核聚合u參與反響的氣體混合參與反響的氣體混合物被輸運(yùn)到淀積區(qū)；物被輸運(yùn)到淀積區(qū)；u反響物分子由主氣流反響物分子由主氣流分散到襯底外表；分散到襯底外表；u反響物分子吸附在襯反響物分子吸附在襯底外表上；底外表上；u發(fā)生反響，主生成物發(fā)生反響，主生成物分散進(jìn)入晶體點(diǎn)陣；分散進(jìn)入晶體點(diǎn)陣；u副產(chǎn)物分子從襯底外副產(chǎn)物分子從襯底外表解吸，由襯底外分表解吸，由襯底外分散到主氣流，排出。散到主氣流，排出。要完成薄膜淀積，要完成薄膜淀積，CVDCVD的化學(xué)反響必需滿足以下幾個(gè)條件：的化學(xué)反響必需滿足以下幾個(gè)條件：u在淀積溫度下，反響劑必需具備足夠高的蒸汽壓；在淀積溫度下，反

6、響劑必需具備足夠高的蒸汽壓；u除淀積物外，反響的其他產(chǎn)物必需是揮發(fā)性的；除淀積物外，反響的其他產(chǎn)物必需是揮發(fā)性的；u淀積物本身必需具有足夠低的蒸汽壓；淀積物本身必需具有足夠低的蒸汽壓；u薄膜淀積所用的時(shí)間應(yīng)該盡量短，以滿足高效率和低本薄膜淀積所用的時(shí)間應(yīng)該盡量短，以滿足高效率和低本錢(qián)的要求；錢(qián)的要求；u淀積溫度必需足夠低，以防止對(duì)先前工藝產(chǎn)生影響；淀積溫度必需足夠低，以防止對(duì)先前工藝產(chǎn)生影響；uCVDCVD不允許化學(xué)反響的氣態(tài)副產(chǎn)品進(jìn)入薄膜中；不允許化學(xué)反響的氣態(tài)副產(chǎn)品進(jìn)入薄膜中；u化學(xué)反呼應(yīng)該發(fā)生在襯底外表。化學(xué)反呼應(yīng)該發(fā)生在襯底外表。邊境層實(shí)際邊境層實(shí)際 在在CVDCVD反響室中，由于其內(nèi)

7、的氣體分子的平均自在程遠(yuǎn)反響室中，由于其內(nèi)的氣體分子的平均自在程遠(yuǎn)小于反響室的幾何尺寸，可以以為氣體是黏滯性流動(dòng)的。小于反響室的幾何尺寸，可以以為氣體是黏滯性流動(dòng)的。u泊松流泊松流 假設(shè)假設(shè)沿主氣流方向沒(méi)有速度梯度，而沿垂直氣流方向假設(shè)假設(shè)沿主氣流方向沒(méi)有速度梯度，而沿垂直氣流方向的流速為拋物線型變化，這就是泊松流如下頁(yè)圖所示。的流速為拋物線型變化，這就是泊松流如下頁(yè)圖所示。u邊境層邊境層 假設(shè)假設(shè)沿主氣流方向沒(méi)有速度梯度，而沿垂直氣流方假設(shè)假設(shè)沿主氣流方向沒(méi)有速度梯度，而沿垂直氣流方向的流速為拋物線型變化，同時(shí)還存在反響劑濃度梯度的薄向的流速為拋物線型變化，同時(shí)還存在反響劑濃度梯度的薄層被稱(chēng)

8、為邊境層，也稱(chēng)為附面層、滯留層。層被稱(chēng)為邊境層，也稱(chēng)為附面層、滯留層。邊境層實(shí)際邊境層實(shí)際邊境層實(shí)際邊境層實(shí)際 邊境層是一個(gè)過(guò)渡區(qū)域，存在于氣流速度為零的硅片外邊境層是一個(gè)過(guò)渡區(qū)域，存在于氣流速度為零的硅片外表與氣流速度為表與氣流速度為Um的主氣流區(qū)之間。該層厚度定義為速度的主氣流區(qū)之間。該層厚度定義為速度為零的硅片外表到氣流速度為為零的硅片外表到氣流速度為0.99Um時(shí)的區(qū)域厚度。時(shí)的區(qū)域厚度。 假設(shè)定義從氣流遇到平板邊境時(shí)為坐標(biāo)原點(diǎn)，在邊境假設(shè)定義從氣流遇到平板邊境時(shí)為坐標(biāo)原點(diǎn)，在邊境層厚度層厚度 與間隔與間隔x之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為：u邊境層厚度邊境層厚度 1/2/xxU x式中，式

9、中，是氣體的黏滯系數(shù)，是氣體的黏滯系數(shù)，為氣體密度。為氣體密度。邊境層實(shí)際邊境層實(shí)際 12012233 ReLLxx dxLUL 上式中，上式中，Re為氣體的雷諾系數(shù)，是流膂力學(xué)中的一個(gè)無(wú)為氣體的雷諾系數(shù)，是流膂力學(xué)中的一個(gè)無(wú)量綱數(shù)，它表示流體運(yùn)動(dòng)中慣性效應(yīng)與黏滯效應(yīng)的比。對(duì)于量綱數(shù)，它表示流體運(yùn)動(dòng)中慣性效應(yīng)與黏滯效應(yīng)的比。對(duì)于較低的較低的Re值小于值小于2000，氣體為平流型；即在反響室中沿，氣體為平流型；即在反響室中沿各外表附近的氣體流速足夠慢；對(duì)于較大的各外表附近的氣體流速足夠慢；對(duì)于較大的Re值，氣流的方值，氣流的方式為湍流。式為湍流。u邊境層的平均厚度邊境層的平均厚度ReULGrov

10、eGrove模型模型CG:反響劑在主氣流中的濃度反響劑在主氣流中的濃度CS:反響劑在硅外表的濃度反響劑在硅外表的濃度F1 =F1 =從主氣流到襯底外表的反響劑流密度從主氣流到襯底外表的反響劑流密度 ( (流密度是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)單位面積的粒子數(shù)流密度是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)單位面積的粒子數(shù)) )F2 =F2 =反響劑在外表反響后淀積成固態(tài)薄膜的流密度反響劑在外表反響后淀積成固態(tài)薄膜的流密度GroveGrove模型：控制薄膜淀積速率有兩個(gè)重要的環(huán)節(jié)模型：控制薄膜淀積速率有兩個(gè)重要的環(huán)節(jié)u反響劑在邊境層中的輸運(yùn)過(guò)程；反響劑在邊境層中的輸運(yùn)過(guò)程；u反響劑在襯底外表上的化學(xué)反響過(guò)程。反響劑在襯底外表上的化學(xué)

11、反響過(guò)程。GroveGrove模型模型Sy 0S:S:質(zhì)量附面層厚度質(zhì)量附面層厚度1()ggsF h CCgh-氣相質(zhì)量傳輸系數(shù)氣相質(zhì)量傳輸系數(shù),表示單位時(shí)間內(nèi)表示單位時(shí)間內(nèi)由氣相傳輸?shù)絾挝幻娣e生長(zhǎng)外表上的反由氣相傳輸?shù)絾挝幻娣e生長(zhǎng)外表上的反響劑粒子數(shù)，具有速度量綱。響劑粒子數(shù)，具有速度量綱。 假設(shè)流密度假設(shè)流密度F1F1正比于反響劑在主氣流中正比于反響劑在主氣流中的濃度的濃度CgCg與硅外表處的濃度與硅外表處的濃度CsCs之差，那之差，那么：么：假設(shè)在外表經(jīng)化學(xué)反響淀積成薄膜的速率假設(shè)在外表經(jīng)化學(xué)反響淀積成薄膜的速率正比于反響劑在外表的濃度正比于反響劑在外表的濃度CsCs，那么流密，那么流密

12、度度F2F2可表示為：可表示為：2ssFk Cks-外表化學(xué)反響速率常數(shù)外表化學(xué)反響速率常數(shù)GroveGrove模型模型Sy 0S:S:質(zhì)量附面層厚度質(zhì)量附面層厚度1()ggsFh CC2ssFk C1gssgCCkh穩(wěn)態(tài)時(shí)：穩(wěn)態(tài)時(shí)：F = F1 = F2F = F1 = F2由此得：由此得： 假設(shè)用N1表示構(gòu)成一個(gè)單位體積薄膜所需求的原子數(shù)量，那么穩(wěn)態(tài)時(shí)薄膜的淀積速率G可表示為：111sggsssgk hCk CFGNNkhN薄膜淀積速率薄膜淀積速率gTCYCCTCT每立方厘米體積中分子的總數(shù)包括反響劑和惰性氣體每立方厘米體積中分子的總數(shù)包括反響劑和惰性氣體YY反響劑的摩爾百分比反響劑的摩爾

13、百分比u淀積速率與反響劑的濃度淀積速率與反響劑的濃度CgCg或在氣相中反響劑的摩爾百或在氣相中反響劑的摩爾百分比分比Y Y成正比；成正比；u當(dāng)當(dāng)CgCg和和Y Y為常數(shù)時(shí)，薄膜淀積速率將由為常數(shù)時(shí)，薄膜淀積速率將由ksks和和hghg中較小的一中較小的一個(gè)決議。個(gè)決議。 在多數(shù)的在多數(shù)的CVDCVD過(guò)程中，反響劑先被惰性氣體稀釋?zhuān)谶@過(guò)程中，反響劑先被惰性氣體稀釋?zhuān)谶@種情況下，氣體中反響劑的濃度種情況下，氣體中反響劑的濃度CgCg定義為：定義為：11sggsgTsgsgk hCk hCGYkh NkhN薄膜淀積速率薄膜淀積速率1TsCGk YN111sggsgTsgsgk hCk hCFGY

14、NkhNkhN1TgCGh YNu當(dāng)當(dāng)kShg時(shí)，淀積速率由質(zhì)量輸運(yùn)速率控制時(shí)，淀積速率由質(zhì)量輸運(yùn)速率控制由此可知，外表化學(xué)反響對(duì)溫度非常敏感。由此可知，外表化學(xué)反響對(duì)溫度非常敏感。由此可知，質(zhì)量輸運(yùn)速率對(duì)邊境層的厚度較敏感。由此可知，質(zhì)量輸運(yùn)速率對(duì)邊境層的厚度較敏感。/0AEkTskk eggDh薄膜淀積速率薄膜淀積速率u高溫情況下，高溫情況下， kshg，淀積速率通常由質(zhì)量輸運(yùn)控制；，淀積速率通常由質(zhì)量輸運(yùn)控制；u低溫情況下，低溫情況下， kshg，淀積速率通常由外表化學(xué)反響控，淀積速率通常由外表化學(xué)反響控制。制。hg對(duì)溫度不敏感對(duì)溫度不敏感化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)CVDCVD系統(tǒng)

15、通常包含以下子系統(tǒng)：系統(tǒng)通常包含以下子系統(tǒng)：u氣態(tài)源或液態(tài)源氣態(tài)源或液態(tài)源u氣體輸入管道氣體輸入管道u氣體流量控制系統(tǒng)氣體流量控制系統(tǒng)u反響室反響室u基座加熱及控制系統(tǒng)基座加熱及控制系統(tǒng)u溫度控制及丈量系統(tǒng)溫度控制及丈量系統(tǒng)u減壓系統(tǒng)減壓系統(tǒng)LPCVDLPCVD和和PECVD)PECVD)LPCVD Reactor此方法適用于：此方法適用于：對(duì)蒸氣壓和溫度敏感的反對(duì)蒸氣壓和溫度敏感的反響劑響劑加熱下易分解的反響劑加熱下易分解的反響劑冒泡法冒泡法加熱液態(tài)源，使其氣化加熱液態(tài)源，使其氣化液態(tài)源的保送方法：冒泡法、加熱液態(tài)源、液態(tài)源直接注入法。液態(tài)源的保送方法：冒泡法、加熱液態(tài)源、液態(tài)源直接注入法。

16、液態(tài)源比氣態(tài)源平安，目前主要運(yùn)用液態(tài)源。液態(tài)源比氣態(tài)源平安，目前主要運(yùn)用液態(tài)源。 氣體流量控制由質(zhì)量流量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，主要包括氣體流量控制由質(zhì)量流量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，主要包括質(zhì)量流量計(jì)和閥門(mén)。質(zhì)量流量計(jì)和閥門(mén)。假設(shè)反響室的側(cè)壁溫度為假設(shè)反響室的側(cè)壁溫度為T(mén)wTw，放置硅片的基座溫度為，放置硅片的基座溫度為T(mén)sTs，那，那么么假設(shè)假設(shè)Tw= TsTw= Ts，稱(chēng)為熱壁式，稱(chēng)為熱壁式CVDCVD系統(tǒng)；系統(tǒng)；假設(shè)假設(shè)Tw TsTw Ts，稱(chēng)為冷壁式，稱(chēng)為冷壁式CVDCVD系統(tǒng)。系統(tǒng)。加熱淀積系統(tǒng)的方式：加熱淀積系統(tǒng)的方式：電阻加熱法電阻加熱法電感或高能輻射燈電感或高能輻射燈加熱法加熱法u常壓化學(xué)氣相淀積

17、常壓化學(xué)氣相淀積APCVD)APCVD)u低壓化學(xué)氣相淀積低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD: 0.01 to 1 LPCVD: 0.01 to 1 torr)torr)u等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相淀積等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD)PECVD)uAdvantages: uHigh deposition rates, simple, high throughput.uEasily handle large-diameter wafers.uDisadvantages: uPoor uniformity, high contamination level, purity is less than LPCV

18、D. Require high gas-flow rates.uUsed mainly for dielectrics(thick oxides).uEg. SiO2 passivation layer鈍化層APCVDAPCVD反響器的構(gòu)造表示圖反響器的構(gòu)造表示圖Gas Injection-Type Continuous-Processing APCVD Reactor挪動(dòng)熱板延續(xù)傳導(dǎo)加熱延續(xù)傳導(dǎo)加熱APCVDHorizontal Tube APCVD Reactor程度管程度管熱感應(yīng)式熱感應(yīng)式APCVDlTilting the susceptor基座 increases the gas ve

19、locity which helps to keep constant.l This structure also compensates for the reactant depletion along the reactive tube.u特點(diǎn)特點(diǎn) 相比于相比于APCVD，在均勻性和臺(tái)階覆蓋等方面具有優(yōu)越性。，在均勻性和臺(tái)階覆蓋等方面具有優(yōu)越性。對(duì)溫度比較敏感，溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)較易控制，對(duì)反響室構(gòu)造要求對(duì)溫度比較敏感，溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)較易控制，對(duì)反響室構(gòu)造要求不高，可放置較多的硅片，但具有相對(duì)低的淀積速率相對(duì)高的不高，可放置較多的硅片，但具有相對(duì)低的淀積速率相對(duì)高的任務(wù)溫度。任務(wù)溫度。u在中等溫度

20、和真空條件下，在中等溫度和真空條件下，LPCVD的淀積速率受外表的淀積速率受外表反響控制反響控制(kshg1 But GgGtotalDhDPeg.Ptotal:1atm1torr.DG will go up 760 times at 1 torr, while increases by about 7 times. Thus hG will increase by about 100 times. LPCVD反響器的構(gòu)造表示圖反響器的構(gòu)造表示圖3-zone Furnaceu存在問(wèn)題存在問(wèn)題 遠(yuǎn)離入氣口處的硅片外表上的反響劑濃度會(huì)低于接近遠(yuǎn)離入氣口處的硅片外表上的反響劑濃度會(huì)低于接近入氣口處的

21、硅片外表上的濃度，由于是外表反響速度控制入氣口處的硅片外表上的濃度，由于是外表反響速度控制淀積速度，而外表反響速度又正比于外表上的反響劑濃度，淀積速度，而外表反響速度又正比于外表上的反響劑濃度，所淀積的膜厚也就低于接近入氣口處的膜厚。所淀積的膜厚也就低于接近入氣口處的膜厚。 所謂氣缺景象，即當(dāng)氣體反響劑被耗費(fèi)而出現(xiàn)的反響所謂氣缺景象，即當(dāng)氣體反響劑被耗費(fèi)而出現(xiàn)的反響劑濃度改動(dòng)的景象。劑濃度改動(dòng)的景象。u改良措施改良措施1 1在程度方向上逐漸提高溫度來(lái)加快反響速度，在程度方向上逐漸提高溫度來(lái)加快反響速度，從而提高了淀積速率，但會(huì)影響薄膜質(zhì)量；從而提高了淀積速率，但會(huì)影響薄膜質(zhì)量；2 2采用分布式

22、的氣體入口；采用分布式的氣體入口；3 3添加反響室中的氣流速度。添加反響室中的氣流速度。uAPCVD和和LPCVD是按氣壓分類(lèi)的，是按氣壓分類(lèi)的，PECVD是按反響激是按反響激活能分類(lèi)。在化學(xué)氣相淀積中，不僅可以利用熱能來(lái)激活活能分類(lèi)。在化學(xué)氣相淀積中，不僅可以利用熱能來(lái)激活和維持化學(xué)反響和維持化學(xué)反響 ，也可以經(jīng)過(guò)非熱能的射頻等離子體來(lái)激，也可以經(jīng)過(guò)非熱能的射頻等離子體來(lái)激活和維持化學(xué)反響，此反響可在低溫下進(jìn)展。故活和維持化學(xué)反響，此反響可在低溫下進(jìn)展。故PECVD具具有較低的淀積溫度，同時(shí)又有更高的淀積速率。有較低的淀積溫度，同時(shí)又有更高的淀積速率。u低溫淀積是低溫淀積是PECVD的一個(gè)突

23、出優(yōu)點(diǎn)，其淀積的薄膜具有的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，其淀積的薄膜具有良好的附著性、低針孔密度、良好的階梯覆蓋、良好的電良好的附著性、低針孔密度、良好的階梯覆蓋、良好的電學(xué)特性、可以與準(zhǔn)確圖形轉(zhuǎn)移工藝兼容。學(xué)特性、可以與準(zhǔn)確圖形轉(zhuǎn)移工藝兼容。u受外表化學(xué)反響控制，準(zhǔn)確控制襯底的溫度，可得到均受外表化學(xué)反響控制，準(zhǔn)確控制襯底的溫度，可得到均勻的薄膜。勻的薄膜。u等離子體中的電子從電場(chǎng)中獲得足夠高的能量，當(dāng)與反響等離子體中的電子從電場(chǎng)中獲得足夠高的能量，當(dāng)與反響氣體的分子碰撞時(shí)，這些分子將分解成多種成份：離子、氣體的分子碰撞時(shí)，這些分子將分解成多種成份：離子、原子以及活性基團(tuán)，這些活性基團(tuán)不斷吸附在基片外表上，

24、原子以及活性基團(tuán)，這些活性基團(tuán)不斷吸附在基片外表上，吸附在外表上的活性基團(tuán)之間的化學(xué)反響生成薄膜層。吸附在外表上的活性基團(tuán)之間的化學(xué)反響生成薄膜層。u外表吸附的離子遭到離子和電子的轟擊，易遷移，發(fā)生重外表吸附的離子遭到離子和電子的轟擊，易遷移，發(fā)生重新陳列。淀積的薄膜有良好的均勻性，以及填充小尺寸構(gòu)新陳列。淀積的薄膜有良好的均勻性，以及填充小尺寸構(gòu)造的才干。造的才干。u在在PECVD的操作過(guò)程中，除了受氣流速度、溫度和氣壓的操作過(guò)程中，除了受氣流速度、溫度和氣壓等參數(shù)的影響外，淀積過(guò)程還依賴于射頻功率密度、頻率等參數(shù)的影響外，淀積過(guò)程還依賴于射頻功率密度、頻率等參數(shù)。等參數(shù)。平行板型平行板型P

25、ECVDPECVD反響器的反響器的構(gòu)造表示圖構(gòu)造表示圖電容耦合的射頻電容耦合的射頻PECVDPhotograph courtesy of Applied Materials, Ultima HDPCVD Centura淀積方法淀積方法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用APCVDAPCVD( (常壓常壓CVD)CVD)設(shè)備簡(jiǎn)單，淀積速率大設(shè)備簡(jiǎn)單，淀積速率大（大于（大于1000A/min1000A/min）。）。易氣相成核，均勻易氣相成核，均勻性不好，材料利用性不好，材料利用率低。率低。淀積厚淀積厚的介質(zhì)的介質(zhì)層層LPCVDLPCVD( (低壓低壓CVD)CVD)均勻性好，臺(tái)階覆蓋性好，均勻性好，臺(tái)階覆蓋

26、性好，污染少；對(duì)反應(yīng)室結(jié)構(gòu)要求污染少；對(duì)反應(yīng)室結(jié)構(gòu)要求低，裝片量大。低，裝片量大。淀積速度低，淀積淀積速度低，淀積溫度高，存在氣缺溫度高，存在氣缺現(xiàn)象現(xiàn)象高溫氧高溫氧化化PECVDPECVD( (等離子體等離子體CVD)CVD)反應(yīng)溫度低，附著性好，反應(yīng)溫度低，附著性好，良好的階梯覆蓋，良好的良好的階梯覆蓋，良好的電學(xué)特性可以與精細(xì)圖形電學(xué)特性可以與精細(xì)圖形轉(zhuǎn)移工藝兼容，薄膜應(yīng)力轉(zhuǎn)移工藝兼容，薄膜應(yīng)力低，主流工藝。低，主流工藝。需準(zhǔn)確控制襯底溫需準(zhǔn)確控制襯底溫度，淀積還依賴于度，淀積還依賴于射頻功率密度、頻射頻功率密度、頻率參數(shù)等。率參數(shù)等。金屬上金屬上的低溫的低溫氧化等氧化等u優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)多晶硅

27、與隨后的高溫?zé)崽幹霉に囉泻芎玫募嫒菪?；多晶硅與隨后的高溫?zé)崽幹霉に囉泻芎玫募嫒菪?；與與AlAl柵相比，多晶硅與熱生長(zhǎng)二氧化硅的接觸性能更好；柵相比，多晶硅與熱生長(zhǎng)二氧化硅的接觸性能更好；在峻峭的臺(tái)階上淀積多晶硅時(shí)可以獲得很好的保形性。在峻峭的臺(tái)階上淀積多晶硅時(shí)可以獲得很好的保形性。u運(yùn)用運(yùn)用高摻雜多晶硅在高摻雜多晶硅在MOS集成電路中作為柵電極；集成電路中作為柵電極；將高電導(dǎo)率的鎢、鈦等的硅化物做在多晶硅上，將高電導(dǎo)率的鎢、鈦等的硅化物做在多晶硅上，制造低方塊電阻的薄層互聯(lián)引線；制造低方塊電阻的薄層互聯(lián)引線；高摻雜多晶硅在高摻雜多晶硅在BiCMOSBiCMOS工藝中制造發(fā)射極；工藝中制造發(fā)射極

28、；在在SRAMSRAM中，運(yùn)用低摻雜多晶硅作高值負(fù)載電阻；中，運(yùn)用低摻雜多晶硅作高值負(fù)載電阻；低摻雜多晶硅在介質(zhì)隔離技術(shù)中填充深槽。低摻雜多晶硅在介質(zhì)隔離技術(shù)中填充深槽。由多個(gè)小單晶硅的晶粒，可以組成多晶硅薄膜。由多個(gè)小單晶硅的晶粒，可以組成多晶硅薄膜。u物理構(gòu)造物理構(gòu)造由小單晶組成，多晶界；由小單晶組成，多晶界；薄膜為非晶或多晶取決于工藝，非晶經(jīng)熱處置薄膜為非晶或多晶取決于工藝，非晶經(jīng)熱處置可轉(zhuǎn)為多晶；可轉(zhuǎn)為多晶；晶界的不完好性和晶粒外表原子周期性陳列遭到破晶界的不完好性和晶粒外表原子周期性陳列遭到破壞，所以該區(qū)域具有高密度缺陷和懸掛鍵；壞，所以該區(qū)域具有高密度缺陷和懸掛鍵；晶界處的分散系數(shù)

29、明顯高于晶粒內(nèi)部的分散系數(shù)；晶界處的分散系數(shù)明顯高于晶粒內(nèi)部的分散系數(shù)；高溫時(shí)存在于晶粒間的雜質(zhì)在低溫時(shí)會(huì)運(yùn)動(dòng)到晶界。高溫時(shí)存在于晶粒間的雜質(zhì)在低溫時(shí)會(huì)運(yùn)動(dòng)到晶界。u力學(xué)特性：力學(xué)特性： 內(nèi)部應(yīng)力為壓應(yīng)力內(nèi)部應(yīng)力為壓應(yīng)力u電學(xué)特性電學(xué)特性多晶硅的電阻率高于單晶硅的電阻率；多晶硅的電阻率高于單晶硅的電阻率；1摻雜原子在熱處置過(guò)程中易到晶界處，不能有效奉獻(xiàn)自在摻雜原子在熱處置過(guò)程中易到晶界處，不能有效奉獻(xiàn)自在載流子；載流子；2晶界處的懸掛鍵俘獲自在載流子。晶界處的懸掛鍵俘獲自在載流子。晶粒尺寸大的多晶硅的電阻率低；晶粒尺寸大的多晶硅的電阻率低；晶粒尺寸的大小和摻雜濃度相互作用，決議著晶粒耗盡晶粒尺

30、寸的大小和摻雜濃度相互作用，決議著晶粒耗盡的程度，小晶粒更易耗盡。的程度，小晶粒更易耗盡。u多晶硅薄膜的淀積方法多晶硅薄膜的淀積方法普通采用普通采用LPCVDLPCVD，在，在580-650580-650C C下熱分解硅烷實(shí)現(xiàn)的。下熱分解硅烷實(shí)現(xiàn)的。SiH4 Si+2H2u淀積中需留意的問(wèn)題淀積中需留意的問(wèn)題如分解發(fā)生在氣相，氣相中凝聚成核，將生成粗糙多孔如分解發(fā)生在氣相，氣相中凝聚成核，將生成粗糙多孔硅層，不符合硅層，不符合ICIC制造要求，故氣體中硅烷運(yùn)用氫氣稀釋?zhuān)恢圃煲?，故氣體中硅烷運(yùn)用氫氣稀釋?zhuān)籐PCVDLPCVD時(shí)，應(yīng)在反響室的出口到入口之間設(shè)置溫度梯度，時(shí)，應(yīng)在反響室的出口到入口

31、之間設(shè)置溫度梯度，處理在反響室中沿氣流方向因化學(xué)反響而使反響劑濃度不處理在反響室中沿氣流方向因化學(xué)反響而使反響劑濃度不斷下降，及氣缺景象而引起的淀積速率降低；或運(yùn)用分布斷下降，及氣缺景象而引起的淀積速率降低；或運(yùn)用分布式入口。式入口。u淀積條件對(duì)多晶硅構(gòu)造的影響淀積條件對(duì)多晶硅構(gòu)造的影響T=625 左右時(shí)左右時(shí), 淀積的薄膜以淀積的薄膜以晶向的晶粒占主導(dǎo)；晶向的晶粒占主導(dǎo)；T580 , 淀積的薄膜根本是多晶。淀積的薄膜根本是多晶。T580 , 淀積的薄膜根本為非晶態(tài)；淀積的薄膜根本為非晶態(tài)；T=675 左右時(shí)左右時(shí), 淀積的薄膜以淀積的薄膜以晶向的晶粒占主導(dǎo)；晶向的晶粒占主導(dǎo)；T675 時(shí)時(shí),

32、 淀積的薄膜以淀積的薄膜以晶向的晶粒占主導(dǎo)。晶向的晶粒占主導(dǎo)。u淀積條件對(duì)多晶硅淀積速率的影響淀積條件對(duì)多晶硅淀積速率的影響一、分散摻雜一、分散摻雜在淀積完成之后在較高的溫度下進(jìn)展摻雜。在淀積完成之后在較高的溫度下進(jìn)展摻雜。優(yōu)點(diǎn)：可以在多晶硅薄膜中摻入濃度很高的雜質(zhì)，同時(shí)完優(yōu)點(diǎn)：可以在多晶硅薄膜中摻入濃度很高的雜質(zhì)，同時(shí)完成摻雜和退火工藝。成摻雜和退火工藝。缺陷：溫度較高，薄膜外表粗糙程度添加。缺陷：溫度較高，薄膜外表粗糙程度添加。二、離子注入二、離子注入淀積后的離子注入和退火。淀積后的離子注入和退火。特點(diǎn)：可準(zhǔn)確控制摻入雜質(zhì)的數(shù)量，適宜于不需求太高摻特點(diǎn)：可準(zhǔn)確控制摻入雜質(zhì)的數(shù)量，適宜于不需

33、求太高摻雜的多晶硅薄膜，構(gòu)成的高摻雜多晶硅電阻率約為分散構(gòu)雜的多晶硅薄膜，構(gòu)成的高摻雜多晶硅電阻率約為分散構(gòu)成的電阻率的成的電阻率的10倍。倍。多晶硅的摻雜有多晶硅的摻雜有3種工藝：分散、離子注入、原位摻雜。種工藝：分散、離子注入、原位摻雜。三、原位摻雜三、原位摻雜 原位摻雜是指雜質(zhì)原子在薄膜淀積的同時(shí)被結(jié)合到薄膜中。原位摻雜是指雜質(zhì)原子在薄膜淀積的同時(shí)被結(jié)合到薄膜中。即一步完成薄膜的淀積和對(duì)薄膜的摻雜。即一步完成薄膜的淀積和對(duì)薄膜的摻雜。 摻雜時(shí)，在退火之前，必需先淀積或者熱生長(zhǎng)一層氧摻雜時(shí)，在退火之前，必需先淀積或者熱生長(zhǎng)一層氧化物覆蓋層，以免在退火過(guò)程中雜質(zhì)經(jīng)過(guò)外表逸散。假設(shè)化物覆蓋層，

34、以免在退火過(guò)程中雜質(zhì)經(jīng)過(guò)外表逸散。假設(shè)淀積溫度足夠高，可直接淀積成多晶硅薄膜，并可以構(gòu)成淀積溫度足夠高，可直接淀積成多晶硅薄膜，并可以構(gòu)成足夠低的電阻率，那么高溫度退火就可省略。足夠低的電阻率，那么高溫度退火就可省略。 原位摻雜雖然比較簡(jiǎn)單，但薄膜厚度的控制、摻雜的原位摻雜雖然比較簡(jiǎn)單，但薄膜厚度的控制、摻雜的均勻性及淀積速率都隨著摻雜氣體的參與變得相當(dāng)復(fù)雜。均勻性及淀積速率都隨著摻雜氣體的參與變得相當(dāng)復(fù)雜。uSiO2薄膜的作用薄膜的作用u對(duì)對(duì)CVD制造的制造的SiO2薄膜的要求薄膜的要求 厚度均勻、構(gòu)造性能好，離子和化學(xué)玷污要低，與襯厚度均勻、構(gòu)造性能好，離子和化學(xué)玷污要低，與襯底之間有良好

35、的黏附性，具有較小的應(yīng)力以防止碎裂，完底之間有良好的黏附性，具有較小的應(yīng)力以防止碎裂，完好性要好以獲得較高的介質(zhì)擊穿電壓，較好的臺(tái)階覆蓋以好性要好以獲得較高的介質(zhì)擊穿電壓，較好的臺(tái)階覆蓋以滿足多層互聯(lián)的要求，針孔密度要低，較低的滿足多層互聯(lián)的要求，針孔密度要低，較低的K K值以獲得值以獲得高性能器件和較高的產(chǎn)率。高性能器件和較高的產(chǎn)率。uCVD的的SiO2薄膜的特點(diǎn)薄膜的特點(diǎn) CVD的二氧化硅也是由的二氧化硅也是由Si-O四面體組成的無(wú)定型網(wǎng)四面體組成的無(wú)定型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，同熱氧化的二氧化硅相比，密度較低，硅與氧絡(luò)構(gòu)造，同熱氧化的二氧化硅相比，密度較低，硅與氧數(shù)量之比與熱生長(zhǎng)二氧化硅也存在細(xì)微的差

36、別，因此薄數(shù)量之比與熱生長(zhǎng)二氧化硅也存在細(xì)微的差別，因此薄膜的力學(xué)和電學(xué)特性也就有所不同。膜的力學(xué)和電學(xué)特性也就有所不同。u衡量衡量SiO2薄膜的目的薄膜的目的當(dāng)當(dāng)n1.46n1.46時(shí)，闡明該薄膜是富硅；時(shí)，闡明該薄膜是富硅；當(dāng)當(dāng)n1.46n1.46時(shí)，闡明該薄膜是低密度多孔薄膜。時(shí)，闡明該薄膜是低密度多孔薄膜。 通常把通常把CVDCVD二氧化硅薄膜的折射系數(shù)二氧化硅薄膜的折射系數(shù)n n與熱氧化生長(zhǎng)二與熱氧化生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的折射系數(shù)氧化硅薄膜的折射系數(shù)1.461.46的偏向，作為衡量的偏向，作為衡量CVDCVD二氧化硅二氧化硅薄膜的質(zhì)量的一個(gè)目的。薄膜的質(zhì)量的一個(gè)目的。1 1低溫低溫CVD

37、 SiO2 CVD SiO2 ：低于：低于500500；2 2中溫中溫LPCVD SiO2LPCVD SiO2：500500800800；3 3TEOSTEOS與臭氧混合源的與臭氧混合源的SiO2SiO2淀積：低于淀積：低于500500左右。左右。uCVD SiO2CVD SiO2的方法的方法一、低溫一、低溫CVD SiO2CVD SiO2uLPCVD 或或 APCVD (250 450 )SiH4 + O2 SiO2 + 2 H2 低溫淀積生成的低溫淀積生成的SiO2SiO2薄膜的密度低于熱生長(zhǎng)二氧薄膜的密度低于熱生長(zhǎng)二氧化硅，折射系數(shù)為化硅，折射系數(shù)為1.441.44，較易腐蝕?？稍?，較易

38、腐蝕?？稍?00-1000700-1000溫度范圍內(nèi)進(jìn)展熱處置，以實(shí)現(xiàn)致密化。溫度范圍內(nèi)進(jìn)展熱處置，以實(shí)現(xiàn)致密化。1 1硅烷為源的低溫硅烷為源的低溫CVD SiO2uPECVD (200 400 )SiH4 + 2N2O(氣氣 SiO2 + 2 N2+H2 PECVD的的SiO2中經(jīng)常含有氮和氫。薄膜被加熱時(shí)，氫中經(jīng)常含有氮和氫。薄膜被加熱時(shí)，氫很容易運(yùn)動(dòng)而分開(kāi)薄膜，分散才干很低的氮，不容易分開(kāi)很容易運(yùn)動(dòng)而分開(kāi)薄膜，分散才干很低的氮，不容易分開(kāi)薄膜，從而影響薄膜的性質(zhì)。見(jiàn)下頁(yè)圖薄膜，從而影響薄膜的性質(zhì)。見(jiàn)下頁(yè)圖 傳統(tǒng)傳統(tǒng)PECVD的二氧化硅膜中，針孔數(shù)量較少，同時(shí)的二氧化硅膜中，針孔數(shù)量較少，

39、同時(shí)對(duì)金屬的黏附性也很好，但臺(tái)階覆蓋性較差，較少運(yùn)用。對(duì)金屬的黏附性也很好，但臺(tái)階覆蓋性較差，較少運(yùn)用。 高密度等離子體的出現(xiàn)使得高密度等離子體的出現(xiàn)使得PECVD可在可在120 下制備下制備高質(zhì)量的高質(zhì)量的SiO2。原子形狀的反響物具有更高的反響率，因。原子形狀的反響物具有更高的反響率，因此在低溫下可得到致密的薄膜。此在低溫下可得到致密的薄膜。等離子體的射頻功率 較低的淀積溫度和較高的較低的淀積溫度和較高的N2O:SiH4 比值都將導(dǎo)致較低的薄膜密度比值都將導(dǎo)致較低的薄膜密度和較快的刻蝕速率。和較快的刻蝕速率。2 2TEOS為源的低溫為源的低溫PECVD SiO2Si(OC2H5) 4+ O

40、2SiO2 + 副產(chǎn)品副產(chǎn)品 淀積的薄膜具有更好的臺(tái)階覆蓋和間隙填充特性，淀積淀積的薄膜具有更好的臺(tái)階覆蓋和間隙填充特性，淀積溫度低，可用來(lái)構(gòu)成多層布線中金屬層之間的絕緣層淀積。溫度低，可用來(lái)構(gòu)成多層布線中金屬層之間的絕緣層淀積。可在淀積源中參與摻雜源同時(shí)進(jìn)展摻雜：可在淀積源中參與摻雜源同時(shí)進(jìn)展摻雜：在淀積源中加硼酸三甲酯在淀積源中加硼酸三甲酯TMB)TMB)可實(shí)現(xiàn)硼的摻雜；可實(shí)現(xiàn)硼的摻雜；在淀積源中加磷酸三甲酯在淀積源中加磷酸三甲酯TMP)TMP)可實(shí)現(xiàn)磷的摻雜?？蓪?shí)現(xiàn)磷的摻雜。正硅酸四乙酯，簡(jiǎn)稱(chēng)TEOS二、中溫二、中溫LPCVD淀積淀積SiO2淀積溫度：淀積溫度： 680 730 Si(O

41、C2H5) SiO2 + 4C2H4+2H2O以以TEOS替代替代SiH4除了平安外，淀積的薄膜具有更好的保形性。除了平安外，淀積的薄膜具有更好的保形性。三、三、TEOS與臭氧混合源的與臭氧混合源的SiO2淀積淀積淀積溫度：低于淀積溫度：低于500 在在TEOS中參與臭氧中參與臭氧O3做為反響劑經(jīng)過(guò)做為反響劑經(jīng)過(guò)APCVD淀積淀積SiO2可以得到很高的淀積速率。淀積的薄膜具有很好的保形可以得到很高的淀積速率。淀積的薄膜具有很好的保形性，可以很好地填充溝槽以及金屬線之間的間隙。性，可以很好地填充溝槽以及金屬線之間的間隙。u保形覆蓋保形覆蓋 無(wú)論襯底外表有什么樣的傾斜圖形，在一切圖形的上面無(wú)論襯底

42、外表有什么樣的傾斜圖形，在一切圖形的上面都能淀積一樣厚度的薄膜。都能淀積一樣厚度的薄膜。u構(gòu)成保形覆蓋的條件構(gòu)成保形覆蓋的條件 被襯底外表吸附的反響劑能快速外表遷移，即反響劑到達(dá)被襯底外表吸附的反響劑能快速外表遷移，即反響劑到達(dá)襯底外表上任何一點(diǎn)的幾率都是一樣的。襯底外表上任何一點(diǎn)的幾率都是一樣的。CONFORMAL:Long mean free pathEither: Rapid surface migrationor: low sticking coefficientu構(gòu)成非保形覆蓋的緣由構(gòu)成非保形覆蓋的緣由1因到達(dá)角的取值范圍不同，故薄膜的因到達(dá)角的取值范圍不同，故薄膜的厚度不同。薄膜在

43、臺(tái)階頂部厚度不同。薄膜在臺(tái)階頂部b處最厚，而在處最厚，而在拐角處拐角處c最??；最薄；2 2假設(shè)反響劑分子的平均自在程很長(zhǎng)假設(shè)反響劑分子的平均自在程很長(zhǎng)，且在襯底外表上的遷移才干又很低的情，且在襯底外表上的遷移才干又很低的情況下，那么會(huì)發(fā)生遮蓋效應(yīng)，遭到掩蔽的況下，那么會(huì)發(fā)生遮蓋效應(yīng)，遭到掩蔽的點(diǎn)處的膜厚小于沒(méi)遭到掩蔽的點(diǎn)處的膜厚點(diǎn)處的膜厚小于沒(méi)遭到掩蔽的點(diǎn)處的膜厚. . 20Pd到達(dá)該點(diǎn)的反響劑總量到達(dá)該點(diǎn)的反響劑總量Totally Shadowed regionsourcePartially Shadowed regionFilm thickness variation.u構(gòu)成非保形覆蓋的緣

44、由構(gòu)成非保形覆蓋的緣由3決議反響氣體分子到襯底外表的特殊位置的三機(jī)制：入決議反響氣體分子到襯底外表的特殊位置的三機(jī)制：入射、再發(fā)射射、再發(fā)射(PECVD)及外表遷移及外表遷移LPCVD)。普通以為再發(fā)射。普通以為再發(fā)射機(jī)制是決議保形覆蓋的關(guān)鍵要素。機(jī)制是決議保形覆蓋的關(guān)鍵要素。入射：氣體分子平均自在程比器件尺寸大得多，氣體分子在入射：氣體分子平均自在程比器件尺寸大得多，氣體分子在與外表不發(fā)生碰撞的情況下直接進(jìn)入溝槽的內(nèi)部。與外表不發(fā)生碰撞的情況下直接進(jìn)入溝槽的內(nèi)部。再發(fā)射：是在黏滯系數(shù)小于再發(fā)射：是在黏滯系數(shù)小于1時(shí)出現(xiàn)的傳輸過(guò)程。氣體分子時(shí)出現(xiàn)的傳輸過(guò)程。氣體分子經(jīng)常與側(cè)壁發(fā)生多次碰撞，而后

45、才固定在外表的某個(gè)位置。經(jīng)常與側(cè)壁發(fā)生多次碰撞，而后才固定在外表的某個(gè)位置。外表遷移：反響物分子在被黏附之前在外表發(fā)生的遷移，外表遷移：反響物分子在被黏附之前在外表發(fā)生的遷移，通常被以為是臺(tái)階覆蓋中的決議要素。但普通以為再發(fā)射通常被以為是臺(tái)階覆蓋中的決議要素。但普通以為再發(fā)射機(jī)制是決議保形覆蓋的關(guān)鍵要素。機(jī)制是決議保形覆蓋的關(guān)鍵要素。u磷硅玻璃磷硅玻璃PSG)在淀積在淀積SiO2的氣體中同時(shí)摻入的氣體中同時(shí)摻入PH3 ，就可以構(gòu)成磷，就可以構(gòu)成磷硅玻璃硅玻璃;PSG中包含中包含P2O5和和SiO2兩種成份，是一種二元玻璃兩種成份，是一種二元玻璃網(wǎng)絡(luò)體；網(wǎng)絡(luò)體；PSG對(duì)水汽的阻撓才干不強(qiáng)，但它可

46、以吸收堿性離對(duì)水汽的阻撓才干不強(qiáng)，但它可以吸收堿性離子，比子，比BPSG有更好的吸雜作用；有更好的吸雜作用；PSG在高溫下可以流動(dòng)，從而可以構(gòu)成更為平坦的在高溫下可以流動(dòng)，從而可以構(gòu)成更為平坦的外表，使隨后淀積的薄膜有更好的臺(tái)階覆蓋。外表，使隨后淀積的薄膜有更好的臺(tái)階覆蓋。SEM photographs (3200 x) showing surfaces of 4.6 wt. % P-glassannealed for different times in steam at 1100oC. 10%10120Go 0.0 wt.% P2.2 wt.% P4.6 wt.% P7.2 wt.% PS

47、EM cross sections (10,000 x) of samples with different weight percent of phosphorus annealed in steam at 1100oC for 20 minutes.PSG作為最終鈍化層時(shí)，允許的含磷量最作為最終鈍化層時(shí)，允許的含磷量最大為大為6wt%，這樣可防止磷酸的構(gòu)成，這樣可防止磷酸的構(gòu)成u硼磷硅玻璃硼磷硅玻璃(BPSG)BPSG，在，在850 下玻璃回流平坦化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底下玻璃回流平坦化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底上峻峭臺(tái)階的良好覆蓋。此回流溫度比上峻峭臺(tái)階的良好覆蓋。此回流溫度比PSG的的1000-1100

48、要低，可降低淺結(jié)中的雜質(zhì)分散。要低，可降低淺結(jié)中的雜質(zhì)分散。BPSG的流動(dòng)性取決于薄膜的組分、工藝溫度、時(shí)間的流動(dòng)性取決于薄膜的組分、工藝溫度、時(shí)間以及環(huán)境氣氛。以及環(huán)境氣氛。 在淀積磷硅玻璃的反響氣體中摻入硼源例如在淀積磷硅玻璃的反響氣體中摻入硼源例如B2H6)B2H6)，可以構(gòu)成三元氧化薄膜系統(tǒng)，可以構(gòu)成三元氧化薄膜系統(tǒng)B2O3-P2O5-B2O3-P2O5-SiO2SiO2，即硼硅玻璃。，即硼硅玻璃。u氮化硅薄膜的運(yùn)用氮化硅薄膜的運(yùn)用1 1鈍化層和機(jī)械維護(hù)層；鈍化層和機(jī)械維護(hù)層；2 2硅選擇性氧化的掩蔽膜；氧很難經(jīng)過(guò)氮化硅硅選擇性氧化的掩蔽膜；氧很難經(jīng)過(guò)氮化硅3 3電容中的絕緣資料；電容

49、中的絕緣資料；4 4作為作為MOSFETsMOSFETs的側(cè)墻；的側(cè)墻；5 5淺溝隔離的淺溝隔離的CMPCMP的停頓層。的停頓層。 氮化硅具有較高的介電常數(shù)，不能作為層間絕緣層，否那么會(huì)呵斥較大的寄生電容。 氮化硅與硅直接接觸產(chǎn)生應(yīng)力，構(gòu)成界面態(tài)，往往先淀積一層二氧化硅作為緩沖層，在淀積一層作為掩蔽的氮化硅。氮化硅薄膜是無(wú)定形的絕緣資料，在氮化硅薄膜是無(wú)定形的絕緣資料，在ULSIULSI中的主要運(yùn)用有：中的主要運(yùn)用有：u氮化硅薄膜適宜于作為鈍化層的緣由氮化硅薄膜適宜于作為鈍化層的緣由1 1對(duì)于分散來(lái)說(shuō)，具有非常強(qiáng)的掩蔽才干，尤其是鈉對(duì)于分散來(lái)說(shuō)，具有非常強(qiáng)的掩蔽才干，尤其是鈉和水汽在氮化硅中的

50、分散速度非常慢；和水汽在氮化硅中的分散速度非常慢；2 2經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)PECVDPECVD可以制備出具有較低應(yīng)力的氮化硅薄膜；可以制備出具有較低應(yīng)力的氮化硅薄膜；3 3可以對(duì)底層金屬實(shí)現(xiàn)保形覆蓋；可以對(duì)底層金屬實(shí)現(xiàn)保形覆蓋；4 4薄膜中的針孔很少。薄膜中的針孔很少。1、中等溫度、中等溫度(780820)的的LPCVD 影響影響LPCVD氮化硅質(zhì)量的要素主要包括：溫度、總氮化硅質(zhì)量的要素主要包括：溫度、總氣壓、反響劑比例、反響室內(nèi)的溫度梯度。氣壓、反響劑比例、反響室內(nèi)的溫度梯度。 LPCVD氮化硅薄膜最常用的反響劑是氮化硅薄膜最常用的反響劑是SiH2Cl2和和NH3，淀積溫度在淀積溫度在700800，

51、反響式如下：，反響式如下：3SiH2Cl2+4NH3Si3N4+6HCl+6H2 LPCVD氮化硅的薄膜密度很高，介電常數(shù)為氮化硅的薄膜密度很高，介電常數(shù)為6，并且，并且比比PECVD氮化硅薄膜有更好的化學(xué)配比。此外，還具有比氮化硅薄膜有更好的化學(xué)配比。此外，還具有比較好的臺(tái)階覆蓋性和較少的粒子污染。較好的臺(tái)階覆蓋性和較少的粒子污染。2、低溫、低溫(300)的的PECVD PECVD氮化硅的淀積速率和有關(guān)參數(shù)劇烈地依賴于氮化硅的淀積速率和有關(guān)參數(shù)劇烈地依賴于射頻功率、氣流、反響室壓強(qiáng)以及射頻頻率、溫度等。射頻功率、氣流、反響室壓強(qiáng)以及射頻頻率、溫度等。 PECVD氮化硅的反響式如下：氮化硅的反

52、響式如下：SiH4+NH3或或N2SixNy+H2 假設(shè)采用假設(shè)采用SiH4和和N2作為反響劑，作為反響劑，N2和和SiH4之比要高，之比要高，以防止構(gòu)成富硅薄膜。薄膜的淀積速率較低，同以防止構(gòu)成富硅薄膜。薄膜的淀積速率較低，同SiH4-NH3反響制備的薄膜相比，擊穿電壓比較低，臺(tái)階覆蓋也比較反響制備的薄膜相比，擊穿電壓比較低，臺(tái)階覆蓋也比較差。差。氮化硅氮化硅熔點(diǎn) Al 660 Cu 1083 W 3380 Mo 2600 一、鎢的化學(xué)氣相淀積一、鎢的化學(xué)氣相淀積u鎢的用途鎢的用途Contact Via對(duì)小尺寸孔，鎢的填充才干比鋁對(duì)小尺寸孔，鎢的填充才干比鋁好；好；部分互連資料鎢導(dǎo)電率較低，

53、只能用于部分部分互連資料鎢導(dǎo)電率較低，只能用于部分互聯(lián)互聯(lián)u鎢的特點(diǎn)鎢的特點(diǎn)鎢是最廣泛用于互連的難熔金屬，具有以下優(yōu)點(diǎn)：鎢是最廣泛用于互連的難熔金屬，具有以下優(yōu)點(diǎn)：體電阻率?。惑w電阻率?。粺岱€(wěn)定性好；熱穩(wěn)定性好；應(yīng)力低，保形性好；應(yīng)力低，保形性好；抗電遷移才干和抗腐蝕性強(qiáng)?？闺娺w移才干和抗腐蝕性強(qiáng)。缺陷：電阻率相對(duì)鋁高，在氧化物和氮化物上附著力差。缺陷：電阻率相對(duì)鋁高，在氧化物和氮化物上附著力差。uCVD鎢的化學(xué)反響式鎢的化學(xué)反響式硅與硅與WF6的復(fù)原反響式的復(fù)原反響式: 2WF6+3Si 2W+3SiF4 氫氣與氫氣與WF6的復(fù)原反響式的復(fù)原反響式: WF6 +3H2 W+6HF 硅烷與硅烷

54、與WF6的復(fù)原反響式的復(fù)原反響式: 2WF6+3SiH4 2W+3SiF4 + 6H2 u鎢的淀積方法鎢的淀積方法覆蓋式：過(guò)程復(fù)雜，費(fèi)用高，但比較成熟。覆蓋式：過(guò)程復(fù)雜，費(fèi)用高，但比較成熟。選擇式：存在問(wèn)題，如選擇性差，橫向擴(kuò)展，空洞構(gòu)成。選擇式：存在問(wèn)題，如選擇性差，橫向擴(kuò)展，空洞構(gòu)成。u覆蓋式化學(xué)氣相淀積鎢與回刻覆蓋式化學(xué)氣相淀積鎢與回刻外表原位預(yù)清潔：去除硅外表的自然氧化物及鋁通孔上的鋁外表原位預(yù)清潔：去除硅外表的自然氧化物及鋁通孔上的鋁的氧化物。的氧化物。淀積接觸層：淀積淀積接觸層：淀積TiTi層，由于層，由于TiTi比比TiNTiN與襯底之間的接觸電阻與襯底之間的接觸電阻比較小。比較

55、小。淀積附著層淀積附著層/ /阻撓層：淀積的阻撓層：淀積的TiNTiN比比WuWu在一些絕緣層上的附著在一些絕緣層上的附著才干好。才干好。淀積鎢：覆蓋式鎢的淀積鎢：覆蓋式鎢的CVDCVD，用鎢進(jìn)展填充接觸孔和通孔必需完，用鎢進(jìn)展填充接觸孔和通孔必需完全填充。全填充。鎢膜回刻；附著層鎢膜回刻；附著層/ /阻撓層的刻蝕。阻撓層的刻蝕。用鎢填充接觸孔和通孔的工藝步驟：用鎢填充接觸孔和通孔的工藝步驟：在鎢的覆蓋式淀積過(guò)程中會(huì)遇到的問(wèn)題：在鎢的覆蓋式淀積過(guò)程中會(huì)遇到的問(wèn)題：CVD鎢膜的應(yīng)力；在晶片反面和側(cè)邊的鎢淀積；鎢膜的應(yīng)力；在晶片反面和側(cè)邊的鎢淀積；CVD鎢過(guò)鎢過(guò)程中構(gòu)成的微粒；接觸孔以及通孔的鎢栓

56、電阻；覆蓋式鎢程中構(gòu)成的微粒；接觸孔以及通孔的鎢栓電阻；覆蓋式鎢淀積過(guò)程中出現(xiàn)的失效情況。淀積過(guò)程中出現(xiàn)的失效情況。覆蓋式覆蓋式CVD鎢在填充溝槽時(shí)構(gòu)成的空洞鎢在填充溝槽時(shí)構(gòu)成的空洞二、硅化鎢的化學(xué)氣相淀積二、硅化鎢的化學(xué)氣相淀積u硅化鎢的用途硅化鎢的用途 1采用采用WSix膜的膜的polycide構(gòu)造；構(gòu)造；2在在IC存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器芯片中被大量用作字線和位線，芯片中被大量用作字線和位線， 3WSix也可作為覆蓋也可作為覆蓋式鎢的附著層。式鎢的附著層。多晶硅/難熔金屬硅化物u化學(xué)氣相淀積硅化鎢的優(yōu)點(diǎn)化學(xué)氣相淀積硅化鎢的優(yōu)點(diǎn) 操作不需求高真空的環(huán)境就可以消費(fèi)高純度的操作不需求高真空的環(huán)境就可以消費(fèi)

57、高純度的WSix膜，產(chǎn)量可觀，比膜，產(chǎn)量可觀，比PVD有更好的臺(tái)階覆蓋，各硅片之間有更好的臺(tái)階覆蓋，各硅片之間有較好的均勻性。有較好的均勻性。u淀積硅化鎢的化學(xué)反響式淀積硅化鎢的化學(xué)反響式WF6(g)+2SiH4(g) WSi2(s)+6HF(g)+H2(g)WF6(g)+3.5Si H2 Cl2(g) WSi2(s)+1.5SiCl4(g)+6HF(g)+HCl(g)三、三、TiN化學(xué)氣相淀積化學(xué)氣相淀積uTiN的用途的用途 在在ULSI互連中可以運(yùn)用鋁合金或者銅資料作為互聯(lián)互連中可以運(yùn)用鋁合金或者銅資料作為互聯(lián)線或者進(jìn)展接觸孔和通孔的填充，在這些薄膜的下面不線或者進(jìn)展接觸孔和通孔的填充，在這些薄膜的下面不可防止的都要先淀積一層薄膜。這層薄膜對(duì)于淀積在它可防止的都要先淀積一層薄膜。這層薄膜對(duì)于淀積在它之上的金屬層，主要起兩個(gè)作用：之上的金屬層，主要起兩個(gè)作用：1.對(duì)鋁合金層，它作為分散阻撓層防止金屬互連層之間對(duì)鋁合金層，它作為分散阻撓層防止金屬互連層之間構(gòu)