半导体制造工艺技术PPT课件.ppt

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1、淀积概述薄膜淀积是芯片加工过程中一个至关重要的工艺步骤，通过淀积工艺可以在硅片上生长导各种导电薄膜层和绝缘薄膜层。各种不同类型的薄膜淀积到硅片上，在某些情况下，这些薄膜成为器件结构中的一个完整部分，另外一些薄膜则充当了工艺过程中的牺牲品，并且在后续的工艺中被去掉。本章将讨论薄膜淀积的原理、过程和所需的设备，重点讨论SiO2和Si3N4等绝缘材料薄膜以及多晶硅的淀积。金属和金属化合物薄膜的淀积将在第13章中介绍。目标通过本章的学习，将能够：1.描述出多层金属化。叙述并解释薄膜生长的三个阶段。2.提供对不同薄膜淀积技术的慨况。3

2、.列举并描述化学气相淀积（CVD）反应的8个基本步骤，包括不同类型的化学反应。4.描述CVD反应如何受限制，解释反应动力学以及CVD薄膜掺杂的效应。5.描述不同类型的CVD淀积系统，解释设备的功能。讨论某种特定工具对薄膜应用的优点和局限。6.解释绝缘材料对芯片制造技术的重要性，给出应用的例子。7.讨论外延技术和三种不同的外延淀积方法。8.解释旋涂绝缘介质。MSI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

3、氧化层金属前氧化层Poly金属多晶金属Figure11.1引言从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，由于特征高度的变化，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（第六页的图），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

4、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薄膜淀积半导体器件工艺中的“薄膜”是一种固态薄膜，薄膜的种类和制备方法在第四章中已作过简单介绍。薄膜淀积是指任何在硅片衬底上物理淀积一层膜的工艺，属于薄膜制造的一种工艺，所淀积的薄膜可以是导

5、体、绝缘材料或者半导体材料。比如二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）、多晶硅以及金属（Cu、W）.固态薄膜SiliconsubstrateOxide宽长厚与衬底相比薄膜非常薄Figure11.4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膜对台阶的覆盖我们期望膜在硅片表面上厚度一致，但由于硅片表面台阶的存在，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、电短路或在器件中产生不希望的诱生电荷。应力还

6、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(见下图)深宽比=深度宽度=21深宽比=500Å250Å500ÅD250ÅWFigure11.6高的深宽比间隙PhotographcourtesyofIntegratedCircuitEngineeringPhoto11.2薄膜生长的步骤连续的膜气体分子成核凝聚SubstrateFigure11.7膜淀积技术Table11.1化学气相淀积化学气相淀积（CVD）是通过气体

7、混合的化学反应在硅片表面淀积一层固体膜的工艺。硅片表面及其邻近的区域被加热来向反应系统提供附加的能量。包括：1.产生化学变化，这可以通过化学反应或热分解；2.膜中所有的材料物质都源于外部的源；3.化学气相淀积工艺中的反应物必须以气相形式参加反应。化学气相淀积的设备Photo11.3CVD化学过程高温分解：通常在无氧的条件下，通过加热化合物分解（化学键断裂）；2.光分解：利用辐射使化合物的化学键断裂分解；3.还原反应：反应物分子和氢发生的反应；4.氧化反应：反应物原子或分子和氧发生的反应；氧化还原反应：反应3与4地组合，反应后

8、形成两种新的化合物。以上5中基本反应中，有一些特定的化学气相淀积反应用来在硅片衬底上淀积膜。对于某种特定反应的选择通常要考虑淀积温度、膜的特性以及加工中的问题等因素。例如，用硅烷和氧气通过氧化反应淀积SiO2膜。反应生成物SiO2淀积在硅片表面，副产物事是氢。SiH4+O2SiO2+2H2