薄膜工艺技术.ppt

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1、薄膜工艺技术交流CVD部分一:概述二:CVD沉积原理及特点三:CVD沉积膜及其应用四:CVD方法及设备五:薄膜技术的发展一: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。沉积:成长: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。在目前的VLSI及UL

2、SI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B: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

3、长。二:CVD沉积原理及特点C:CVD工艺特点:1)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。(5)极佳的覆盖能力二:CVD沉积原理及特点D:薄膜的参数厚度均匀性/台阶覆盖性(画图说明)表面平整度/粗糙度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频率和功率三:CVD沉积膜及其应用前面说过,CVD

4、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)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。实例:50000三:CVD沉积膜及其应用反应式及应用(见下表)举例说明补充:1:BPSG(参杂的二氧化硅)作用:1,2,3反应式:SIH4+2N2O=SIO2+H2+2N2PH3+N2O=B2H6+N2O=2:SN:LOCOS技术,FOXSIH2CL2+NH3=钝化:SN对碱金属和水气极强的扩散阻

5、挡能力3:关于TEOSTEOS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。4:Tungstenplug(画图)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?四:CVD方法及设备一般而言,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

6、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PECVD1: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3: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)。SN:LPCVD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PE

7、CVD是以SIH4为主的反应物,成分不如LP的单纯。原因?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。五:薄膜技术的发展和应用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

8、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

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