集成電路工藝之化學(xué)氣相淀積

集成電路工藝之化學(xué)氣相淀積第1頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MSI時(shí)代nMOS晶體管的各層膜p+siliconsubstratep-epilayer場(chǎng)氧化層n+n+p+p+n-wellILD氧化硅墊氧化層氧化硅氮化硅頂層?xùn)叛趸瘜觽?cè)墻氧化層金屬前氧化層Poly金屬多晶金屬第2頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從MSI到LSI時(shí)代，芯片的設(shè)計(jì)和加工相對(duì)較為直接，上圖給出了制作一個(gè)早期nMOS所需的淀積層。圖中器件的特征尺寸遠(yuǎn)大于1μm。如圖所示，硅片上各層并不平坦，這將成為VLSI時(shí)代所需的多層金屬高密度芯片制造的限制因素。隨著特征尺寸越來(lái)越小，在當(dāng)今的高級(jí)微芯片加工過(guò)程中，需要6層甚至更多的金屬來(lái)做連接，各金屬之間的絕緣就顯得非常重要，所以，在芯片制造過(guò)程中，淀積可靠的薄膜材料至關(guān)重要。薄膜制備是硅片加工中的一個(gè)重要工藝步驟。

第3頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ULSI硅片上的多層金屬化鈍化層壓點(diǎn)金屬p+SiliconsubstrateViaILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4p-Epitaxiallayerp+ILD-6LIoxideSTIn-wellp-wellILD-1Polygaten+p+p+n+n+LImetal第4頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月芯片中的金屬層第5頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月薄膜特性好的臺(tái)階覆蓋能力填充高的深寬比間隙的能力好的厚度均勻性高純度和高密度受控制的化學(xué)劑量高度的結(jié)構(gòu)完整性和低的膜應(yīng)力好的電學(xué)特性對(duì)襯底材料或下層膜好的黏附性第6頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)氣相淀積(ChemicalVaporDeposition)

CVD定義：通過(guò)氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)在襯底上淀積一層薄膜材料的過(guò)程

*它是半導(dǎo)體生產(chǎn)中最重要的薄膜淀積方法，除了某些金屬材料之外，基本都用CVD進(jìn)行淀積。SiliconsubstrateOxide寬長(zhǎng)厚與襯底相比薄膜非常薄第7頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)氣相淀積(ChemicalVaporDeposition)

CVD技術(shù)特點(diǎn)：具有淀積溫度低、薄膜成分和厚度易于控制、均勻性和重復(fù)性好、臺(tái)階覆蓋優(yōu)良、適用范圍廣、設(shè)備簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)CVD方法幾乎可以淀積集成電路工藝中所需要的各種薄膜，例如摻雜或不摻雜的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金屬(鎢、鉬)等第8頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVD相對(duì)于PVD,有什么優(yōu)點(diǎn)？跟材料特性相關(guān)的性質(zhì)——結(jié)晶性和理想配比都比較好薄膜成分和膜厚容易控制*淀積溫度低*臺(tái)階覆蓋性好（stepcoverage)

第9頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVD outline

Introduction

PrinciplesofCVDCVDEquipmentCVDdepositedfilmsPolysiliconSiliconoxideSiliconnitrideandOxynitridesMetalandOtherDielectricFilms第10頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

CVD的薄膜生長(zhǎng)原理薄膜生長(zhǎng)的過(guò)程生長(zhǎng)模型第11頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月薄膜生長(zhǎng)過(guò)程1、反應(yīng)劑氣體混合物以合理的流速被輸運(yùn)到沉積區(qū)2、反應(yīng)劑氣體由主氣流通過(guò)邊界層擴(kuò)散到襯底表面3、反應(yīng)劑氣體吸附在襯底表面上4、吸附原子（分子）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成薄膜基本元素5、副產(chǎn)物分子離開(kāi)襯底表面，由襯底外擴(kuò)散到主氣流，排出第12頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月邊界層理論

氣體速度受到擾動(dòng)并按拋物線型變化、同時(shí)還存在反應(yīng)劑濃度梯度的薄層稱為邊界層（附面層、滯留層）氣體分子的平均自由程遠(yuǎn)小于反應(yīng)室的幾何尺寸，可以認(rèn)為氣體為黏滯性流動(dòng)由于氣體的黏滯性，氣體與硅片表面或側(cè)壁存在摩擦力，該摩擦力使緊貼硅片表面或者側(cè)壁的氣體流速為零在離硅片表面或者側(cè)壁一定距離處，氣體流速過(guò)渡到最大氣流Um第14頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Grove模型（1）F1：主氣流到襯底表面的反應(yīng)劑流密度F2：反應(yīng)劑在表面反應(yīng)后淀積成固態(tài)薄膜的流密度Cg：反應(yīng)劑在主氣流中的濃度Cs：反應(yīng)劑在硅表面處的濃度第15頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Grove模型（2）

Grove模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)薄膜淀積速率，認(rèn)為控制薄膜沉淀速率的兩個(gè)因素為：1氣相輸運(yùn)過(guò)程2表面化學(xué)反應(yīng)過(guò)程第16頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）F1=hg(Cg─Cs)（2）F2=ksCs其中：hg為氣相質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)，ks為表面化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)穩(wěn)定狀態(tài)：F1=F2=F∴Cs=Cg/(1+ks/hg)（1）hg>>ks時(shí)，Cs趨向Cg，淀積速率受表面化學(xué)反應(yīng)控制（2）ks>>hg時(shí)，Cs趨向0，淀積速率受質(zhì)量輸運(yùn)速率控制Grove模型（3）第18頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：（1）淀積速率與Cg（反應(yīng)劑的濃度）或者Y（反應(yīng)劑的摩爾百分比）成正比；（2）在Cg或者Y為常數(shù)時(shí)，薄膜淀積速率將由Ks和hg中較小的一個(gè)決定。Grove模型（4）

薄膜淀積速率（其中N1表示形成一個(gè)單位體積薄膜所需要的原子數(shù)量）：第19頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DiffusionandSurfacecontrolregions對(duì)于一個(gè)確定的表面反應(yīng)，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，由于反應(yīng)速度的加快，輸運(yùn)到表面的反應(yīng)劑數(shù)量低于該溫度下表面化學(xué)反應(yīng)所需要的數(shù)量，這時(shí)的淀積速率將轉(zhuǎn)為由質(zhì)量輸運(yùn)控制，反應(yīng)速度不再隨溫度變化而變化。第20頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月增加氣流速率可以提高淀積速率當(dāng)氣流速率大到一定程度的時(shí)候，淀積速率受表面化學(xué)反應(yīng)速率控制薄膜淀積速率(1)第21頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月升高溫度可以提高淀積速率但隨著溫度的上升，淀積速率對(duì)溫度的敏感度不斷下降；當(dāng)溫度高過(guò)某個(gè)值后，淀積速率受質(zhì)量輸運(yùn)速率控制薄膜淀積速率(2)圖6.8硅膜淀積速率與溫度倒數(shù)的關(guān)系表面化學(xué)反應(yīng)控制：溫度質(zhì)量輸運(yùn)速率控制：位置第22頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVD outline

IntroductionPrinciplesofCVD

CVDEquipmentCVDdepositedfilmsPolysiliconSiliconoxideSiliconnitrideandOxynitridesMetalandOtherDielectricFilms第23頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVDEquipment化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)氣態(tài)源或液態(tài)源氣體輸入管道氣體流量控制系統(tǒng)反應(yīng)室基座加熱及控制系統(tǒng)溫度控制及測(cè)量系統(tǒng)減壓系統(tǒng)（LPCVD和PECVD)第24頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2.1CVD的氣體源氣體源趨向液態(tài)氣態(tài)源不安全淀積的薄膜特性不好液態(tài)源的輸送保存在室溫下的液態(tài)源，使用時(shí)先注入到氣化室中，氣化后直接輸送到反應(yīng)室中第25頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月冒泡法中反應(yīng)劑濃度控制：攜帶氣體的流速源瓶的溫度氣體的流速由氣體流量控制系統(tǒng)控制第26頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2.2質(zhì)量流量控制系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)室的氣體流量精確可控控制反應(yīng)室的氣壓直接控制氣體流量，質(zhì)量流量控制系統(tǒng)質(zhì)量流量計(jì)閥門氣體流量單位:體積/單位時(shí)間溫度為273K，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，每分鐘通過(guò)的氣體體積第27頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2.3CVD反應(yīng)室的熱源Kamins2000薄膜是在高于室溫的溫度下淀積的。熱壁系統(tǒng)：Tw=Ts冷壁系統(tǒng)：Tw<TsTw：反應(yīng)室的側(cè)壁溫度Ts：放置硅片的基座溫度熱壁和冷壁淀積室各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)需要進(jìn)行選擇。第28頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第29頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2.4CVD系統(tǒng)的分類常壓化學(xué)氣相淀積(APCVD)

低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)

等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)第30頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月APCVD反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖第31頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第32頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月APCVD操作簡(jiǎn)單，淀積速率高，適合介質(zhì)薄膜的淀積。易發(fā)生氣相反應(yīng)，產(chǎn)生污染臺(tái)階覆蓋性和均勻性比較差質(zhì)量輸運(yùn)控制淀積速率，對(duì)反應(yīng)室結(jié)構(gòu)和氣流模式提出高的要求第33頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LPCVD反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖第34頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第35頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LPCVD表面反應(yīng)速率控制淀積速率原因：在較低的氣壓下，氣體的擴(kuò)散速率比在一個(gè)大氣壓下高出很多倍。結(jié)果：對(duì)溫度比較敏感，溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)較易控制，對(duì)反應(yīng)室結(jié)構(gòu)要求不高，可放置較多的硅片。優(yōu)點(diǎn)污染少，均勻性和臺(tái)階覆蓋性較APCVD好缺點(diǎn)：相對(duì)低的淀積速率，相對(duì)高的工作溫度第36頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LPCVD氣缺現(xiàn)象：當(dāng)氣體反應(yīng)劑被消耗而出現(xiàn)的反應(yīng)劑濃度改變的現(xiàn)象對(duì)于只有一個(gè)入氣口的反應(yīng)室，情況比較嚴(yán)重。措施：在水平方向上逐漸提高溫度來(lái)加快反應(yīng)速度，從而提高淀積速率采用分布式的氣體入口增加反應(yīng)室中的氣流速度第37頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LPCVD應(yīng)用多晶硅薄膜的淀積（580~650℃）中溫LPCVDSiO2（500~800℃）中溫LPCVDSi3N4（700~800℃）第38頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月平行板型PECVD反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖第39頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PECVD最常用反應(yīng)激活能：通過(guò)非熱能源的射頻（RF）等離子體來(lái)激活和維持化學(xué)反應(yīng)。低溫淀積應(yīng)用：在Al上淀積二氧化硅或氮化硅較高的淀積速率表面反應(yīng)速率控制淀積速率，精確控制襯底的溫度，可得到均勻的薄膜。第40頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PECVD等離子體中的電子與反應(yīng)氣體分子碰撞反應(yīng)氣體分子分解成多種成份：離子、原子及活性基團(tuán)活性基團(tuán)不斷吸附在基片表面上吸附在表面上的活性基團(tuán)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成薄膜層表面吸附的離子受到離子和電子的轟擊，易遷移，發(fā)生重新排列。淀積的薄膜均勻性良好，具有填充小尺寸結(jié)構(gòu)的能力。第41頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVD的三種方法比較APCVD設(shè)備簡(jiǎn)單，淀積速率大（>1000A/min）。易氣相成核，均勻性不好，材料利用率低。質(zhì)量輸運(yùn)控制淀積速率。LPCVD均勻性好，臺(tái)階覆蓋性好，污染少。對(duì)反應(yīng)室結(jié)構(gòu)要求低。裝片量大。淀積速度低，工作溫度高。表面反應(yīng)控制淀積速率。第42頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

PECVD反應(yīng)溫度低，附著性好，良好的階梯覆蓋，良好的電學(xué)特性可以與精細(xì)圖形轉(zhuǎn)移工藝兼容，薄膜應(yīng)力低，主流工藝。具備LPCVD的優(yōu)點(diǎn)highdepositionrateatrelativelylowtemperatureImprovefilmqualityandstresscontrolthroughionbombardment（炮擊，轟擊）表面反應(yīng)控制淀積速率CVD的三種方法比較第43頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVD outline

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CVDdepositedfilmsPolysiliconSiliconoxideSiliconnitrideandOxynitridesMetalandOtherDielectricFilms第44頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多晶硅的優(yōu)點(diǎn)（Al的熔點(diǎn)為659℃）：多晶硅與隨后的高溫?zé)崽幚砉に囉泻芎玫募嫒菪耘cAl柵相比，多晶硅與熱生長(zhǎng)二氧化硅的接觸性能更好在陡峭的臺(tái)階上淀積多晶硅時(shí)能夠獲得很好的保形性應(yīng)用：柵電極互聯(lián)引線導(dǎo)體和電阻（高電阻值）填充介質(zhì)隔離技術(shù)中的深槽6.3CVD多晶硅的特性和淀積方法第45頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.3.1多晶硅薄膜的性質(zhì)（物理）

物理結(jié)構(gòu)由小單晶組成，多晶界淀積薄膜為非晶或多晶（取決于工藝），非晶經(jīng)熱處理可轉(zhuǎn)為多晶。晶粒表面原子周期性排列受到破壞，所以晶粒間界具有高密度缺陷和懸掛鍵晶界處的擴(kuò)散系數(shù)明顯高于晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散系數(shù)高溫時(shí)存在于晶粒內(nèi)的雜質(zhì)在低溫時(shí)由于分凝作用會(huì)運(yùn)動(dòng)到晶界第46頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電學(xué)特性多晶硅的電阻率高于單晶硅的電阻率摻雜原子在熱處理過(guò)程中易到晶粒間界處，不能有效的貢獻(xiàn)自由載流子例如：As和P；B不會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象；晶粒間界處的懸掛鍵俘獲自由載流子,由此降低載流子的濃度晶粒尺寸大的多晶硅的電阻率低，因?yàn)榫Яｉg界密度小多晶硅薄膜的性質(zhì)（電學(xué)）第47頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.3.2CVD多晶硅一般是用LPCVD，在580℃～650℃下熱分解硅烷實(shí)現(xiàn)SiH4發(fā)生氣相反應(yīng)，生成粗糙多孔硅層，不適合IC的要求。當(dāng)氣體中的Si的濃度較大，容易發(fā)生氣相反應(yīng)氣體稀釋硅烷，用H2可以抑制氣相反應(yīng)

LPCVD時(shí)的氣缺現(xiàn)象分布式入口的LPCVD反應(yīng)室第48頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溫度<580℃,非晶態(tài)>580℃,多晶

~625℃<110>晶向的晶粒占主導(dǎo)~675℃<100>晶向的晶粒占主導(dǎo)更高溫度<110>晶向的晶粒占主導(dǎo)壓力、溫度(P156圖6.14）溫度一定，壓力增大，淀積速率增大壓力一定，溫度增大，淀積速率增大6.3.3淀積條件對(duì)多晶硅結(jié)構(gòu)及淀積速率的影響第49頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多晶硅的摻雜技術(shù)擴(kuò)散摻雜在淀積完成之后在較高的溫度下進(jìn)行摻雜優(yōu)點(diǎn)：能夠在多晶硅薄膜中摻入濃度很高的雜質(zhì)。同時(shí)完成摻雜和退火工藝缺點(diǎn)：溫度較高、薄膜表面粗糙程度增加6.3.4多晶硅的摻雜技術(shù)（1）第50頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多晶硅的摻雜技術(shù)離子注入（最常用）淀積后的離子注入和退火優(yōu)點(diǎn)：可精確控制摻入雜質(zhì)的數(shù)量，適合于不需要太高摻雜濃度的多晶硅薄膜特點(diǎn)：形成的高摻雜多晶硅電阻率約為擴(kuò)散形成的電阻率的10倍6.3.4多晶硅的摻雜技術(shù)（2）第51頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多晶硅的摻雜技術(shù)

原位摻雜（in-situ)邊淀積邊摻雜簡(jiǎn)單，但薄膜厚度、摻雜均勻性及淀積速率會(huì)隨著摻雜氣體的加入變得復(fù)雜較少采用6.3.4多晶硅的摻雜技術(shù)（3）第52頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVD outline

IntroductionPrinciplesofCVDCVDEquipment

CVDdepositedfilmsPolysiliconSiliconoxideSiliconnitrideandOxynitridesMetalandOtherDielectricFilms第53頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化硅的用途第54頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.4CVD二氧化硅的特性和淀積方法要求厚度均勻、結(jié)構(gòu)性能好，離子和化學(xué)玷污要低，與襯底之間有良好的黏附性，具有較小的應(yīng)力以防止碎裂，完整性要好以獲得較高的介質(zhì)擊穿電壓，較好的臺(tái)階覆蓋以滿足多層互聯(lián)的要求，針孔密度要低，較低的K值以獲得高性能器件和較高的產(chǎn)率。衡量二氧化硅薄膜質(zhì)量指標(biāo)折射系數(shù)與熱氧化的折射系數(shù)1.46相比大于1.46，富硅小于1.46，低密度多孔薄膜第55頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.4.1CVDSiO2的方法

CVDSiO2的方法低溫CVDSiO2：低于500℃中溫LPCVDSiO2：500～800℃TEOS與臭氧混合源的SiO2淀積：低于500℃高溫LPCVD淀積第56頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SilaneBasedLPCVDorAPCVD(250~450℃)低溫淀積生成的SiO2薄膜的密度低于熱生長(zhǎng)二氧化硅，折射系數(shù)為1.44，較易腐蝕。可在700~1000℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理，以實(shí)現(xiàn)致密化。致密化是一個(gè)減少SiO2玻璃體中H2O的成分，增加橋鍵氧數(shù)目的過(guò)程。低溫CVD氧化層（1）第57頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月低溫CVD氧化層（2）SilaneBasedPECVD（200~400℃）可用N2O：SiH4

的比值來(lái)控制生成物的成分稀釋的HF溶液對(duì)SiO2薄膜的腐蝕速率可以非常精確的反應(yīng)薄膜的配比和密度。高密度等離子體（HDP）CVD可在120℃的低溫下淀積質(zhì)量很好的SiO2薄膜。第58頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月TEOS（正硅酸四乙酯[Si(OC2H5)4]basedPECVD（250-425℃） TEOS+O2

SiO2+Products淀積的薄膜具有更好的臺(tái)階覆蓋和間隙填充特性，淀積溫度低，可用來(lái)形成多層布線中金屬層之間的絕緣層淀積。可在淀積源中加入摻雜源進(jìn)行摻雜加硼酸三甲酯（TMB)可摻硼加磷酸三甲酯（TMP)可摻磷低溫CVD氧化層（3）第59頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中溫LPCVD淀積SiO2

LPCVDTEOS(675~695℃) TEOSSiO2+Products

TEOS代替SiH4安全淀積的薄膜具有更好的保形性原因：反應(yīng)物淀積后在臺(tái)階表面快速遷移應(yīng)用：作為金屬淀積之前的絕緣層（多晶硅和金屬層之間的絕緣層）；形成隔離層（MOSFETs的LDD）第60頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月TEOS與臭氧混合源的SiO2淀積特點(diǎn)(APCVD或LPCVD)：高的淀積速率很好的保形性，Goodgapfillpropertiestheprocessisverysensitivetosurfacecomposition,淀積前先用PECVD法淀積薄層SiO2，保證相同的淀積速度FilmisporousandcontainslotsofOH，易于與空氣中的水汽反應(yīng)，故最上層用PECVD法淀積SiO2層作為保護(hù)故TEOS/O3淀積的氧化層就像三明治一樣夾在由兩層PECVD的氧化層結(jié)構(gòu)。形成三層絕緣結(jié)構(gòu)。第61頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高溫LPCVD淀積第62頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第63頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.4.2CVDSiO2薄膜的臺(tái)階覆蓋共形臺(tái)階覆蓋非共形臺(tái)階覆蓋均勻厚度臺(tái)階覆蓋：淀積薄膜的表面幾何形貌與半導(dǎo)體表面的各種臺(tái)階形狀的關(guān)系。保形覆蓋：無(wú)論襯底表面有什么樣的傾斜圖形，在所有圖形的上面都能淀積相同厚度的薄膜原因：反應(yīng)物在吸附、反應(yīng)時(shí)有顯著的表面遷移第64頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

決定吸附原子遷移率的因素吸附原子的種類、能量襯底溫度離子對(duì)吸附原子的轟擊高溫LPCVD的PolySi和Si3N4

中溫LPCVDTEOS淀積的SiO2薄膜低溫PECVD淀積薄膜低溫APCVDSiH4和O2生成SiO2

大部分經(jīng)蒸發(fā)和濺射方法得到的材料臺(tái)階覆蓋性第65頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月BasicFilmProperties:StepCoverageStepCoveragePropertiesdeterminesgapfillcapabilities第66頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月臺(tái)階覆蓋性舉例在APCVD中，以SiH4和氧氣為反應(yīng)劑沉淀SiO2因SiH4的黏滯系數(shù)很大，淀積速率正比于氣體分子到達(dá)表面時(shí)的角度范圍到達(dá)角反應(yīng)物到達(dá)半導(dǎo)體表面時(shí)有不同的角度在一個(gè)陡峭的臺(tái)階處，APCVDSiO2時(shí)，薄膜在臺(tái)階頂部處最厚，在拐角處最薄。SiO2薄膜在拐角處的斜率大于90o，使得隨后的薄膜淀積和各項(xiàng)異性刻蝕變得非常困難。第67頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月臺(tái)階覆蓋性第68頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月遮蔽效應(yīng)LPCVD工藝、PVD中的蒸發(fā)和濺射反應(yīng)劑分子的平均自由程很長(zhǎng)，且在襯底表面上的遷移能力又很低的情況下，則會(huì)發(fā)生掩蔽效應(yīng)，受到掩蔽的點(diǎn)處的膜厚小于沒(méi)受到掩蔽的點(diǎn)處的膜厚臺(tái)階覆蓋性第69頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

磷硅玻璃在淀積SiO2的氣體中同時(shí)摻入PH3，就可形成磷硅玻璃（PSG)PSG對(duì)水汽的阻擋能力不強(qiáng)，故在高磷情況下有很強(qiáng)的吸潮性；PSG可以吸收堿性離子、吸收雜質(zhì)；PSG在高溫下（1000~1100℃）可以流動(dòng)，使隨后淀積的薄膜有更好的臺(tái)階覆蓋。CVD摻雜SiO2（1）第70頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磷硅玻璃回流（P-glassflow）在金屬層間，一般需淀積表面平滑的二氧化硅作為絕緣層。若氧化膜有凹陷，容易使得上層金屬膜淀積時(shí)有缺口產(chǎn)生而導(dǎo)致電路斷路。低溫淀積的磷硅玻璃受熱后變得較軟易流動(dòng)，可提供一平滑的表面，所以常作為鄰近兩金屬層間的絕緣層，此工藝稱為磷硅玻璃回流。下頁(yè)圖顯示在多晶硅柵極上淀積四種不同磷硅玻璃的掃描電子顯微鏡橫截面照片。第71頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第72頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

硼磷硅玻璃

在淀積SiO2的反應(yīng)氣體中摻入PH3、B2H6BPSG玻璃回流平坦化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底上陡峭臺(tái)階的良好覆蓋BPSG(850℃)可以在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)回流平坦化，從而降低淺結(jié)中的雜質(zhì)擴(kuò)散，取代PSG。應(yīng)用：金屬淀積之前的絕緣、金屬層間的絕緣、DRAM中電容的介質(zhì)CVD摻雜SiO2（2）第73頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVD outline

IntroductionPrinciplesofCVDCVDEquipment

CVDdepositedfilmsPolysiliconSiliconoxideSiliconnitrideandOxynitridesMetalandOtherDielectricFilms第74頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氮化硅的化學(xué)氣相淀積（1）應(yīng)用：鈍化層和機(jī)械保護(hù)層鈉和水汽在氮化硅中的擴(kuò)散速度非常慢，即擁有很強(qiáng)的掩蔽能力硅選擇性氧化的掩蔽膜氮化硅氧化速度非常慢（LOCOS工藝基于此）二氧化硅緩沖層第75頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氮化硅的化學(xué)氣相淀積（2）應(yīng)用：電容中的絕緣材料（高K介質(zhì)，7~9）作為MOSFETs的側(cè)墻用于LDD結(jié)構(gòu)的側(cè)墻不能用于導(dǎo)體之間的絕緣層高的介電常數(shù)，會(huì)形成較大的寄生電容第76頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

中等溫度(700～800℃)的LPCVD作為選擇氧化的掩蔽膜DRAM中電容的介質(zhì)層優(yōu)點(diǎn)：薄膜密度比較高，比PECVDSi3N4有更好的化學(xué)配比，氫的含量比PECVDSi3N4低，臺(tái)階覆蓋性好缺點(diǎn)：溫度高、速率低（700℃時(shí)10nm/min）；氣缺現(xiàn)象氮化硅的化學(xué)氣相淀積（3）第77頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氮化硅的化學(xué)氣相淀積（3）低溫(300℃)PECVD方法淀積鈍化層，因Al的存在SiH4-NH3淀積速率高，薄膜擊穿電壓高，臺(tái)階覆蓋性好氫的含量高（無(wú)正確的化學(xué)組成比）SiH4-N2淀積速率低，薄膜擊穿電壓低，臺(tái)階覆蓋性差氫的含量低，薄膜致密第78頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVD outline

IntroductionPrinciplesofCVDCVDEquipment

CVDdepositedfilmsPolysiliconSiliconoxideSiliconnitrideandOxynitridesMetalandOtherDielectricFilms第79頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月W的CVD（1）鎢的用途鎢栓塞（plug）:CVD鎢比PVD鋁有更好的通孔填充能力ContactVia局部互連材料短程互聯(lián)（電導(dǎo)率較低）全局互聯(lián)（Al、Cu）第80頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月W的CVD（2）鎢廣泛用于互連的原因體電阻率小（7～12uQ.cm)熱穩(wěn)定性好（熔點(diǎn)最高）應(yīng)力低，保形性好；抗電遷移能力和抗腐蝕性強(qiáng)

缺點(diǎn)電阻率相對(duì)鋁高在氧化物和氮化物上附著力差鎢與硅在600℃以上接觸時(shí)，會(huì)形成鎢的硅化物熔點(diǎn)Al660℃Cu1083℃W3380℃Mo2600℃第81頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

CVDW的化學(xué)反應(yīng)（一般用LPCVD來(lái)淀積）鎢的淀積方法覆蓋式（過(guò)程復(fù)雜，費(fèi)用高，但比較成熟）選擇式（存在問(wèn)題，如選擇性差、橫向擴(kuò)展、空洞形成）W的CVD（3）第82頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月覆蓋式化學(xué)氣相淀積鎢與回刻表面原位預(yù)清潔去掉接觸孔及鋁通孔內(nèi)的氧化層淀積接觸層與TiN相比Ti與硅襯底的接觸電阻比較小淀積附著層/阻擋層TiNTiN與鎢及其它介質(zhì)層的附著性能好W的CVD（4）第83頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

覆蓋式化學(xué)氣相淀積鎢與回刻淀積鎢，分成兩步首先，硅烷還原反應(yīng)形成一薄層鎢，大約幾十nm臺(tái)階覆蓋性不是很好然后，氫氣還原反應(yīng)淀積剩余厚度的鎢膜氫氣還原反應(yīng)淀積W不能在TiN上穩(wěn)定地凝聚回刻附著層/阻擋層的刻蝕W的CVD（5）第84頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

CVD鎢膜的應(yīng)力鎢栓應(yīng)力不必考慮互聯(lián)鎢層應(yīng)力必須考慮鎢栓的電阻對(duì)于深亞微米工藝，鎢栓電阻對(duì)總電阻影響過(guò)大，考慮用鋁栓或銅栓代替。W的CVD（6）第85頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVD硅化物（1）

LPCVD（300～400℃）增大SiH4的流量，才能保證淀積的是WSix而不是W。當(dāng)x>2.0時(shí)在淀積的硅化鎢薄膜中將含有過(guò)量的硅，可以避免薄膜碎裂剝離。WSix薄膜中含有較高濃度的氟，當(dāng)該薄膜用到厚度低于20nm的柵氧上的時(shí)候，會(huì)使柵氧擊穿電壓降低和較明顯的閾值電壓漂移。第86頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CVD硅化物（2）LPCVD(570~600℃)氟的含量比使用硅烷反應(yīng)生成的薄膜要低的多，并且氯的含量很低。DCS的階梯覆蓋性要比硅烷好。生成的硅化鎢薄膜的碎裂剝落不太嚴(yán)重。DCS代替硅烷CVDWSix。第87頁(yè)，課件共93頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Al的CVD

AL的優(yōu)