集成电路工艺之化学气相淀积

《集成电路工艺之化学气相淀积》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、Chap6CVDIntroductionPrinciplesofCVDCVDEquipmentCVDdepositedfilmsPolysiliconSiliconoxideSiliconnitrideandOxynitridesMetalandOtherDielectricFilmsMSI时代nMOS晶体管的各层膜p+siliconsubstratep-epilayer场氧化层n+n+p+p+n-wellILD氧化硅垫氧化层氧化硅氮化硅顶层栅氧化层侧墙氧化层金属前氧化层Poly金属多晶金属从MSI到LSI时代，芯片的设计和加工相对较为直接，上图给出了制作一个早

2、期nMOS所需的淀积层。图中器件的特征尺寸远大于1µm。如图所示，硅片上各层并不平坦，这将成为VLSI时代所需的多层金属高密度芯片制造的限制因素。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。薄膜制备是硅片加工中的一个重要工艺步骤。ULSI硅片上的多层金属化钝化层压点金属p+SiliconsubstrateViaILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4p-Epitaxiallayerp+ILD-6LIoxideSTIn

3、-wellp-wellILD-1Polygaten+p+p+n+n+LImetal芯片中的金属层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和高密度受控制的化学剂量高度的结构完整性和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化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition)CVD定义：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*它是半导体生产中最重要的薄膜淀积方法，除了某些金属材料之外，基本都用CVD进行淀积。SiliconsubstrateOxide宽长厚与衬底相比薄膜非常薄化学气相淀积(ChemicalV

4、aporDeposition)CVD技术特点：具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等CVD相对于PVD,有什么优点？跟材料特性相关的性质——结晶性和理想配比都比较好薄膜成分和膜厚容易控制*淀积温度低*台阶覆盖性好（stepcoverage)CVDoutlineIntroductionPrinciplesofCVDCVDEquipmentCVDdepositedfilmsPoly

5、siliconSiliconoxideSiliconnitrideandOxynitridesMetalandOtherDielectricFilmsCVD的薄膜生长原理薄膜生长的过程生长模型薄膜生长过程1、反应剂气体混合物以合理的流速被输运到沉积区2、反应剂气体由主气流通过边界层扩散到衬底表面3、反应剂气体吸附在衬底表面上4、吸附原子（分子）发生化学反应，生成薄膜基本元素5、副产物分子离开衬底表面，由衬底外扩散到主气流，排出边界层理论气体速度受到扰动并按抛物线型变化、同时还存在反应剂浓度梯度的薄层称为边界层（附面层、滞留层）气体分子的平均自由程远小于反应室的几

6、何尺寸，可以认为气体为黏滞性流动由于气体的黏滞性，气体与硅片表面或侧壁存在摩擦力，该摩擦力使紧贴硅片表面或者侧壁的气体流速为零在离硅片表面或者侧壁一定距离处，气体流速过渡到最大气流UmGrove模型（1）F1：主气流到衬底表面的反应剂流密度F2：反应剂在表面反应后淀积成固态薄膜的流密度Cg：反应剂在主气流中的浓度Cs：反应剂在硅表面处的浓度Grove模型（2）Grove模型能够准确预测薄膜淀积速率，认为控制薄膜沉淀速率的两个因素为：1气相输运过程2表面化学反应过程（1）F1=hg(Cg─Cs)（2）F2=ksCs其中：hg为气相质量输运系数，ks为表面化学反应速

7、率常数稳定状态：F1=F2=F∴Cs=Cg/(1+ks/hg)（1）hg>>ks时，Cs趋向Cg，淀积速率受表面化学反应控制（2）ks>>hg时，Cs趋向0，淀积速率受质量输运速率控制Grove模型（3）结论：（1）淀积速率与Cg（反应剂的浓度）或者Y（反应剂的摩尔百分比）成正比；（2）在Cg或者Y为常数时，薄膜淀积速率将由Ks和hg中较小的一个决定。Grove模型（4）薄膜淀积速率（其中N1表示形成一个单位体积薄膜所需要的原子数量）：DiffusionandSurfacecontrolregions对于一个确定的表面反应，当温度升高到一定程度时，由于反应速度的

8、加快，输运到表面的反应剂