工艺技术薄膜工艺－淀积

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1、引言随着特征尺寸越来越小，在当今的高级微芯片加工过程中，需要6层甚至更多的金属来做连接,各金属之间的绝缘就显得非常重要，所以在芯片制造过程中，淀积可靠的薄膜材料至关重要。ULSI硅片上的多层金属化Figure11.3钝化层压点金属p+SiliconsubstrateViaILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4p-Epitaxiallayerp+ILD-6LIoxideSTIn-wellp-wellILD-1Polygaten+p+p+n+n+LImetal芯片中的金属层Photo11.1薄膜特性好的台阶覆盖能力填充高的深宽比间隙的能力好的厚度均匀性高纯度

2、和高密度受控制的化学剂量低的膜应力好的电学特性对衬底材料或下层膜好的黏附性膜对台阶的覆盖如果淀积的膜在台阶上过渡的变薄，就容易导致高的膜应力、电短路。应力还可能导致衬底发生凸起或凹陷的变形。共形台阶覆盖非共形台阶覆盖均匀厚度—制造业—高的深宽比间隙可以用深宽比来描述一个小间隙（如槽或孔），深宽比定义为间隙的深度和宽度的比值。深宽比=深度宽度=21深宽比=500Å250Å500ÅD250ÅW高的深宽比间隙PhotographcourtesyofIntegratedCircuitEngineering制备薄膜的方法之一：化学汽相淀积（CVD）(ChemicalVaporDeposit

3、ion)通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程。产生化学变化反应物必须以气相的形式参加反应膜中所有材料物质都来源于外部的源CVD传输和反应步骤CVD的反应速度取决于质量传输和表面反应两个因素。质量传输限制CVD反应的速率不能超过反应气体从主气体流传输到硅片表面的速率。在质量传输阶段淀积工艺对温度不敏感，这意味着无论温度如何，传输到硅片表面加速反应的反应气体的量都不足。在此情况下，CVD工艺通常是受质量传输所限制的。速度限制在更低的反应温度和压力下，反应物到达硅片表面的速度将超过表面化学反应的速度。在更低的反应温度和压力下，由于只有更少的能量来驱动表面反应，表面反应速

4、度会降低。最终反应物达到硅片表面的速度将超过表面化学反应的速度。在这种情况下。淀积速度是受化学反应速度限制的，此时称速度限制。常压化学汽相淀积(APCVD)质量传输限制，相对简单低压化学汽相淀积(LPCVD)反应速度限制，更好的膜性能等离子增强化学汽相淀积(PECVD)等离子体辅助CVD等离子体增强CVD（PECVD）高密度等离子体CVD（HDPCVD）CVD的种类各种类型CVD反应器及其主要特点Table11.2连续加工的APCVD反应炉硅片膜反应气体2反应气体1惰性分隔气体(a)气体注入类型N2反应气体加热器N2N2N2N2N2硅片(b)通气类型LPCVD为了获得低压，必须在

5、中等真空度下（约0.1～5托），反应温度一般在300～900℃。LPCVD的反应室通常是反应速度限制的。在这种低压条件下，反应气体的质量传输不再限制反应的速度。与APCVD相比，LPCVD系统有更低的成本、更高的产量及更好的膜性能。LPCVD三温区加热部件钉式热电偶(外部，控制)压力表抽气至真空泵气体入口热电偶(内部)LPCVD淀积氧化硅压力控制器三温区加热器加热器TEOSN2O2真空泵气流控制器LPCVD炉温度控制器计算机终端工作接口炉温控制器尾气中等真空度下（约0.1～5托）反应温度一般在650-750℃载气载气气态源液态源固态源前驱物气体前驱物/源挥发等离子体等离子体是一种

6、高能量、离子化的气体。当从中性原子中去除一个价电子时，形成正离子和自由电子。在一个有限的工艺腔内，利用强直流或交流磁场或用某些电子源轰击气体原子都会导致气体原子的离子化。等离子体辅助CVD离子的形成F+9离子是质子（＋）与电子（－）数不等地原子电子从主原子中分离出来.少一个电子的氟原子到原子失去一个电子时产生一个正离子F+9具有质子（＋9）和电子（－9）数目相等地中性粒子是原子氟原子总共有7个价电子价层环最多能有8个电子价层电子（－）内层电子（－）在原子核中的质子（未显示电子）CVD过程中使用等离子体的好处1.更低的工艺温度(250–450℃)；2.对高的深宽比间隙有好的填充能力

7、(用高密度等离子体)；3.淀积的膜对硅片有优良的黏附能力；4.高的淀积速率；5.少的针孔和空洞，因为有高的膜密度；6.工艺温度低，因而应用范围广。在等离子体辅助CVD中膜的形成PECVD反应室连续膜8)副产物去除1)反应物进入反应室衬底2)电场使反应物分解3)薄膜初始物形成4)初始物吸附5)初始物扩散到衬底中6)表面反应7)副产物的解吸附作用排气气体传送RF发生器副产物电极电极RF场PECVDProcessgasesGasflowcontrollerPressurecontrol