CVD薄膜工艺技术交流

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CVD薄膜工艺技术交流 。
! Q* v3 g# v4 B  ~9 `/ g
7 y+ l9 I# B: z; ]: WCVD部分
4 {( V1 I' r4 ]9 s- U一：概述
二：CVD沉积原理及特点
三：CVD沉积膜及其应用
- G6 O( r, a+ h! G4 m3 N) o四：CVD方法及设备
9 `# s' z+ Z* E6 q五：薄膜技术的发展
7 W4 W2 a, k3 ~* q: F5 A2 T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。
! o9 N! f8 S. P- X* X沉积：
成长：
9 b$ D3 E/ d& P( P6 \9 d# H- D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
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4 ^. V! {% h. h0 c) ]) K
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。
! [; n, N4 Q# o) Q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。
* G$ b3 l2 P" f  P( I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
. l" X: H& z/ o, {: Y4 ^: K' w  VB：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：
反应物分子通过输运和扩散到衬底表面。
反应物分子吸附在衬底表面。
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
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：

( W' S: w/ T6 e) i: c$ v1）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）
7 ], N7 K8 C; }+ g; K（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
+ o7 G/ v+ n+ H1 O9 c4 u二：CVD沉积原理及特点
D：薄膜的参数
厚度
3 R1 y& D0 x. \! Y0 F8 q9 S均匀性/台阶覆盖性（画图说明）
表面平整度/粗糙度
( H4 @; u" j& k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

3 Z3 N& I& ]4 O& Q$ W三：CVD沉积膜及其应用
' d3 c) _. A# y; O: t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。
9 m1 J& n1 E- B/ g6 ^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。
" g9 Z+ k) \( o/ _( n  v实例：50000
三：CVD沉积膜及其应用
. k2 V! w+ |6 B  g8 k2 g! G% _0 i% }反应式及应用（见下表）
+ N  n' `  ?  r! c( q/ }/ a6 C举例说明
: L7 l, o$ m" C+ H4 k. I# |补充：1：BPSG（参杂的二氧化硅）
作用：1，2，3
- m# K' ~6 V5 Z' B7 I反应式：SIH4+2N2O=SIO2+H2+2N2
  Y$ L$ v0 c2 X" b( N/ }) L" A$ zPH3+N2O=
# m0 ~2 v4 _( _0 g" J2 R) c* {B2H6+N2O=
2 F  c3 J6 P3 p2：SN：LOCOS技术，FOX
SIH2CL2+NH3=
钝化：SN对碱金属和水气极强的扩散阻挡能力
* i% s, ?$ J4 c% u8 V# Z3 w6 m
3 c4 w! t9 t1 r( ~* z: N
3 ：关于TEOS
* k2 z+ x1 ~- n( a& TTEOS结构：
+ {' F  w; z+ o; J7 Y5 x$ O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
2 u* p6 x4 K4 ~7 U  h+ ^缺点：颗粒度
与TEOS相对应，BPSG可用TMB，TMPO来沉积。
  j4 @* `% a+ ]' x' w7 ]SI（OC2H5）4，B（OC2H5）3，PO（OCH3）3
代替了由剧毒的B2H6和PH3。
' V/ ^* }- i+ l" o) I4：Tungsten plug（画图）
: D/ L! x# C7 Z2 Q( ~: i& T9 @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？

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四：CVD方法及设备
. {: K$ g+ B% V# T. L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。
7 w# E# Q! w, Z( qAPCVD（工作特点，缺点？）
LPCVD（比较普遍的原因）
: m; R$ c% Y- t- TPECVD（占CVD主流的原因：低压和低温）
下面主要介绍LPCVD和PECVD
  v2 [6 P3 |6 b, @1：LPCVD
( V9 M& T  R2 z$ B. X% ^结构(画图）
工作原理及压力
4 l. E; t* C( e2：PECVD
: {+ _) V* m% J7 D# S/ G3 B/ @工作原理：能够低温反应的原因
结构
( ]% N) s+ J. p9 n2 B5 Y
  t9 E5 I+ W: a4 v3：LPCVD和PECVD沉积膜差别
: |8 @# y* A- l3 _+ H  M8 Q( N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：
0 }# j0 p% s1 O7 O9 i2 p6 ]SIO2：主要是台阶覆盖性区别（IMD）。
+ i  s% y  A; L- gSN：
8 X* B7 h  h* |2 XLPCVD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？
2 e, O' D; G; m) J' h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。

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五：薄膜技术的发展和应用
- Q4 @* G- f9 i0 u9 k5 e. g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(pulsed laser deposition)便显示出了它独特的一面。