最新半导体制造工艺第5章-化学气相淀积教学讲义PPT.ppt

《最新半导体制造工艺第5章-化学气相淀积教学讲义PPT.ppt》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、半导体制造工艺第5章-化学气相淀积第5章　化学气相淀积第5章　化学气相淀积5.1　概述5.2　化学气相淀积5.3　化学气相淀积系统5.4　外延5.5　CVD质量检测5.6　淀积工艺模拟5.1　概述1.良好的台阶覆盖能力2.填充高的深宽比间隙的能力图5-2　薄膜的台阶覆盖5.1　概述图5-3　高深宽比通孔填充效果比较5.1　概述3.良好的厚度均匀性4.高纯度和高密度5.高度的结构完整性和低的膜应力图5-4　薄膜中晶粒的成核与生长过程图5-5　膜应力导致硅片衬底发生变形6.对衬底材料或下层膜良好的粘附性5.2　化学气相淀积5.2.1　化学气相淀积的概念化学气相淀

2、积（CVD）是通过混合气体的化学反应生成固体反应物并使其淀积在硅片表面形成薄膜的工艺。反应产生的其他副产物为挥发性气体，离开硅片表面并被抽出反应腔。硅片表面及其邻近的区域被加热以向反应系统提供附加的能量。5.2　化学气相淀积5.2.2　化学气相淀积的原理化学气相淀积工艺的反应在炉管反应腔内进行，同时必须使化学反应发生在硅片表面或者非常接近表面的区域（表面催化），这样可以生成高质量的薄膜。而如果反应发生在距离硅片表面较远的地方，会导致反应物粘附性差、密度低和缺陷多，这是必须避免的。例如：利用硅烷和氧气经过化学反应淀积SiO2膜，其反应的生成物SiO2淀积在硅片

3、表面，同时生成了气态的副产物氢气，氢气经排气系统排出炉管外。反应式如下：图5-6　CVD的主要反应过程5.2　化学气相淀积①气态反应剂被输送至反应腔，以平流形式向出口流动。②反应剂从主气流区以扩散方式通过边界层到达硅片表面。③反应剂被吸附到硅表面。④被吸附到硅表面的原子(分子)在衬底表面发生化学反应，生成固态物质淀积成膜。⑤反应产生的气态副产物和未反应的反应剂离开衬底，排出系统。5.3　化学气相淀积系统5.3.1　APCVD常压化学气相淀积（APCVD）是指在一个大气压下进行的一种化学气相淀积的方法，这是最初采用的CVD方法。这种方法工艺系统简单，工艺温度是

4、400~600℃，反应速度和淀积速度快（淀积速度可达1000nm/min），但其淀积的薄膜均匀性较差，气体消耗量大，且台阶覆盖能力差，因此APCVD常被用于淀积相对较厚的介质层（如PSG或BPSG等）。图5-7　APCVD系统5.3　化学气相淀积系统1.SiO2的淀积1)硅烷(SiH4)法是用O2氧化SiH4来淀积SiO2。2)TEOS-O3法是使用正硅酸乙酯(TEOS)与O3反应淀积SiO2。2.掺杂SiO2的淀积图5-8　PSG回流后表面平坦化5.3　化学气相淀积系统图5-9　气体分子的运动轨迹5.3　化学气相淀积系统图5-10　LPCVD系统5.3.2

5、　LPCVD5.3　化学气相淀积系统1.SiO2的淀积2.Si3N4淀积3.多晶硅淀积图5-11　多晶硅栅自对准工艺示意图5.3　化学气相淀积系统4.典型的LPCVD工艺设备操作1)做好淀积前的准备工作，包括按流程卡确认程序、工艺、设备及硅片数量。2)硅片清洗。3)选择程序。4)系统充气。5)装片。6)按“START”键，设备将按设定的程序进炉。7)程序结束，自动出舟，同时发出报警声，此时按面板上的“ACK”键，报警声消除。8)经10min冷却后，取下正片或测试片，放入传递盒待检验和测试。5.3　化学气相淀积系统5.3.3　等离子体辅助CVD等离子体又叫做电

6、浆，是被电离后的气体，即以离子态形式存在的气体(正离子和电子组成的混合物)。它广泛存在于宇宙中，常被视为是除固、液、气之外，物质存在的第四态。在自然界里，火焰、闪电、太阳等都是等离子体。等离子体有以下两个特点：①等离子体呈现出高度不稳定态，有很强的化学活性。等离子体辅助CVD就是利用了这个特点。②等离子体是一种很好的导电体，利用经过设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。这两个特点在后面的等离子体刻蚀工艺中得到了很好的利用。等离子体产生方法有辉光放电、射频放电和电晕放电等。1)有更低的工艺温度(250~450℃)。2)对高的深宽比间隙有好的填充能力(用高密度

7、等离子体CVD)。5.3　化学气相淀积系统3)淀积的膜对硅片有优良的粘附能力。4)有较高的淀积速率。5)有较少的针孔和空洞，因而有较高的膜密度。6)腔体可利用等离子体清洗。1.等离子体增强CVD图5-12　PECVD的反应腔示意图5.3　化学气相淀积系统1)清洗。2)装片。3)选择菜单。4)卸片。5)测量。2.高密度等离子体CVD(1)同步淀积和刻蚀　HDPCVD的一个突破创新之处就在于在同一个反应腔中同步地进行淀积和刻蚀的工艺。图5-13　同步淀积和刻蚀5.3　化学气相淀积系统(2)浅槽隔离(STI)对于特征尺寸在0.35μm以上的器件，通常采用局部氧化(

8、LOCOS)技术来隔离，如图5-14b所示。图5-1