CVD薄膜工艺技术交流

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CVD薄膜工艺技术交流 。

CVD部分
一：概述
二：CVD沉积原理及特点
! T) [- s! i/ \) d: `( S0 ?6 h) _三：CVD沉积膜及其应用
, @3 y7 g% `; }: B四：CVD方法及设备
( N5 p3 F* T' `5 n" h五：薄膜技术的发展
一：概述
2 n- V% @- X0 p5 U+ W( j: f3 J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。
7 n+ C5 c1 \) G沉积：
+ I# J* t, A$ s$ f( C0 e成长：
: Q6 ?; h9 H6 ^3 m" j. ?6 L" `/ X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
% i4 n( b1 B5 J9 D: L
, o/ Q) d$ u; O9 H) c
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。
2 A& {5 Q6 k! z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
% V% |2 z% u- ~6 E* j3 GB：沉积原理：（误区? ）（画图）
, M* A6 |# _/ a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。
, l/ Y- c8 e) o' z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
3 D; f) `( T: |! z/ y晶核生长-----晶粒聚结----缝道填补-----沉积膜成长。
: H" q: s) Q1 }二：CVD沉积原理及特点
C：CVD工艺特点：

  {( N! w7 m& z0 x) X/ R8 L0 J1）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。
' l2 t+ B% O/ b: |（5）极佳的覆盖能力
二：CVD沉积原理及特点
* ?* A% z: |4 E4 W) ?D：薄膜的参数
, M4 X& {8 P; @/ J& i9 O厚度
均匀性/台阶覆盖性（画图说明）
  B& @9 y$ S& [8 @表面平整度/粗糙度
# l. Z+ P- S( R自由应力
洁净度
, K% [: M4 ~+ C3 C7 E0 O! g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
/ u/ ~! X  J) h- W* L* q# J  a
' D# C7 f" }+ X, v6 x6 }+ \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）
; f' Y0 n6 b) R+ m) v指在单晶衬底上生长一层新的单晶的技术。
( ]  O7 j5 Y3 u3 p* ]# K, C/ L0 ^同质：
! U8 x" F# r& d4 f& }3 i8 X* l8 M- X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
9 ?6 Z% H/ @& _& E反应式及应用（见下表）
5 Z2 d7 [# M9 w* I# D; O8 n举例说明
补充：1：BPSG（参杂的二氧化硅）
& O8 T6 t, d0 k0 T$ l作用：1，2，3
+ _: S5 k$ E6 g# o% h$ r8 ~0 \* L反应式：SIH4+2N2O=SIO2+H2+2N2
. X: E1 u2 s8 t( L7 c" n* IPH3+N2O=
: h) K+ m3 T4 T" RB2H6+N2O=
$ r  ]2 v! F8 ?& G2：SN：LOCOS技术，FOX
% z5 o# G+ f% Z' JSIH2CL2+NH3=
9 T# q; Y! e/ p! V& `2 I钝化：SN对碱金属和水气极强的扩散阻挡能力


  t& k9 D! A7 ~* l9 {8 I  q! P( t) t3 ：关于TEOS
1 J+ n1 R- b) ~9 GTEOS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。
1 J+ |. J( t. v) |$ o4：Tungsten plug（画图）
7 W9 [: [- h8 @6 c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？
% _$ k$ K5 z' @# |0 s

四：CVD方法及设备
: S' s0 y8 q" J/ m+ o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。
APCVD（工作特点，缺点？）
LPCVD（比较普遍的原因）
PECVD（占CVD主流的原因：低压和低温）
下面主要介绍LPCVD和PECVD
1：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
' E( @8 Y; ?  u
& O% D% k/ T5 p+ \2 L3：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：
SIO2：主要是台阶覆盖性区别（IMD）。
# ?& c2 j6 G$ B! Y# Y, T7 hSN：
5 l! ]+ W! I$ Q/ w; P2 l  QLPCVD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？
* F3 B: a' g  I. t  M4 B( p$ j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
3 e* P: T: v  s' Z4 L2 A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。
+ O4 T; T0 ?+ i/ Z* ?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。