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1、用于纳米级芯片制造的基于单晶圆LPCVD工艺文章出处：半导体国际更新于2009-08-2014:46:01芯片LPCVD工艺CVD化学气相沉积低圧化学气相沉积（LPCVD）是化学气相沉积（CVD）的一个分支，同时也是半导体集成电路制造工艺中必不可少的霓要工序之一。它主要用于多晶硅及其原位掺杂、氮化硅、氧化硅以及饵化硅等薄膜的生长。其基本原理是将一种或数种物质的气体，在低气压条件下,以热能的方式激活,发生热分解或化学反应，在衬底（如硅晶圆）表面沉积所需的固体薄膜。扩散炉是H前主流8、12英寸集成电路生产线屮常见的LP
2、CVD设备。其主要优点是工艺控制简单、成木低。然而，随着集成电路工艺的不断进步，尤其到了纳米量级以后，对工艺的要求日益严格。一方面，原木一些简单的丁•艺制程随右要求的提升I何开始变得越來越复杂和不易控制。扩散炉己经难以满足粘确控制的要求。另一方面，随着一些新材料、新技术的引入，工艺集成对热预算（ThermalBudget）的要求日益苛刻。高温处理时间以小时为单位的扩散炉，与以秒为单位的单晶【员ILPCVD设备在热预算的控制上已经无法比拟。基于单晶圆的LPCVDCenterfind/CoolDownChamberCe
3、nterfind/'CoolDownChamberWaferCassetteLoadlocks图1.单晶
4、员
5、LPCVD设备示意图。和扩散炉相比，基于单晶圆的LPCVD设备有着显著的优点：控制巒确，工艺朿复性、可靠性好,维护、保养简单以及维护后的复机便捷，机台的有效使用率高等。因此在纳米级的芯片制造工艺屮它逐渐成为不可替代的LPCVD薄膜生长设备。应用材料公司是最早提供单晶I员I半导体设备的供应商之…，也是H前单晶I员ILPCVD成膜系统的主要提供者。（图1）在同一主机架上可以根据不同需要连挂相同或不同制程的生长室
6、，从而针对生产过程中不断产生的各种需求进行灵活配置，大大提高设备的利用率。与扩散炉的热场加热方式不同，单晶圆生长室采用Heater加热（接触式加热）（图2）。衬底进入生长室后落在Heater.E,经过30—50秒的时间即可达到热平衡，同时通入载;气，伺服气流稳定并使生2压力达到平衡,然后通入反应气体,进行薄膜的生长。成膜后，利用10秒左右的时间将生长室抽成真空,最后将衬底传出。通常单片晶圆完成工艺生长总共需时为2-4分钟。图2•单晶関LPCVD生长京乐意:图热预算比较ThennalBudgetocDXr=£a=A
7、ctivationEnergy.D=Diffiisivity.Do=Pre-exponentt=time,T=Tempei-ahire^R=BoltznianConstant图3.热预算（Thermalbudget）估算公式图3给出热预算的估算公式。以650OC生长200埃的氮化硅为例,Ea=-3.69eV,设Tb1为扩散炉的热预算，Tb2为单晶圆工艺的热预算，H为晶闘在扩散炉屮高温下生K所需的时间，也为单晶闘在生氏室屮的处理时间，则Tb2/Tb1=0.147,和扩散炉相比，使用单晶闖工艺可以节约至少85%的热预
8、算。DrainExtensionXj(n>)onITRSYearofPorduction图4,ITRS(2004,2006,2008年)给出的SDE超浅结结深(为)需求。图4是ITRS不同版本(发布于2004、2006、2008年)上给出的SDE(Source-Drain-Extension,II」称LDD)超浅结的结深需求。山图可见，在2004.2006年的要求中，明显低估了热扩散在丁艺集成控制中的难度，超出了实际生产中工艺集成能达到水平。事实上，离子注入的单项工艺早在1998年就报道用于12纳米的超浅结制作[1
9、],但随后的热处理T艺及热预算的控制使得集成后的超浅结结深很难控制到ITRS预测的水平，因闻在2008年的版本中对超浅结结深的要求明显放宽，比较贴近半前实际能达到的水平。山此可知热预算的控制在纳米级集成电路制造屮的难度和重要作用。在纳米级集成电路中的应用在纳米级集成电路制造屮，单晶MLPCVD设备己经广泛用于氧化硅、氮化硅、多晶硅以及硅钙合金等薄膜的生长匕，例如，在逻辑产品屮：偏移间隔层(offset-spacer)、间隔层(main-spacer)>遮罩层(hardmask)>刻蚀阻挡层(etch-stop)、张
10、应力衬垫层(Tensile-stress-liner),以及集成栅(Gate-stackPOly)等薄膜的生长；在Flash产品中：多晶硅(Poly-to-poly/SiContact)、遮罩层、刻蚀阻挡层、隧穿氧化层(tunnel-oxide)以及控制栅ONO结构等薄膜的生长；在DRAM中:遮罩层,刻蚀阻扌当层以及多晶硅合金(Polycide：Poly+W
