集成電路制造技術(shù)——原理與工藝(7)化學(xué)氣相淀積.ppt

1、第7章 化學(xué)氣相淀積 (Chemical Vapor Deposition),微電子工藝(6)薄膜技術(shù),田 麗,第7章 化學(xué)氣相淀積 (CVD),7.1 CVD概述 7.2 CVD工藝原理 7.3 CVD工藝方法 7.4 二氧化硅薄膜的淀積 7.5 氮化硅薄膜淀積 7.6 多晶硅薄膜的淀積 7.7 CVD金屬及金屬化合物薄膜,7.1 CVD概述,化學(xué)氣相淀積(Chemical Vapor Deposition, CVD)是把構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣以合理的流速引入反應(yīng)室，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在襯底上淀積薄膜的工藝方法。 淀積的薄膜是非晶或多晶態(tài)，襯底不要求是單晶，只要是具

2、有一定平整度，能經(jīng)受淀積溫度即可。,CVD淀積分類,常壓化學(xué)氣相淀積（APCVD, Atmospheric pressure chemical vapor deposition ） 低壓化學(xué)氣相淀積（LPCVD, Low pressure chemical vapor deposition ） 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積（PECVD, Plasma enhanced chemical vapor deposition ） 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積（MOCVD, Metal-Organic chemical vapor deposition ） 激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相淀積（LCVD , Laser chem

3、ical vapor deposition ） 微波等離子體化學(xué)氣相淀積（MWCVD, Microwave assisted chemical vapor deposition ）,7.2 CVD工藝原理,(1)反應(yīng)劑引入，在襯底表面附近形成“滯留層” (2)反應(yīng)劑被吸附在硅片表面，并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) (3) 在硅片表面成核、生長成薄膜 (4)反應(yīng)后的氣相副產(chǎn)物排出反應(yīng)室,CVD的化學(xué)反應(yīng)條件,（1）在淀積溫度下，反應(yīng)劑需有足夠高的蒸氣壓； （2）除淀積物外，反應(yīng)的其它物質(zhì)必須是揮發(fā)性； （3）淀積物本身必須具有足夠低的蒸氣壓 （4）薄膜淀積所用的時(shí)間必須足夠短-高效率，低成本 （5）淀積溫度必須

4、足夠低-避免對(duì)先前工藝影響 （6）CVD不允許化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物進(jìn)入薄膜 （7）化學(xué)反應(yīng)必須在被加熱的襯底表面,7.2.2薄膜淀積速率及影響因素,CVD反應(yīng)室內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué) 反應(yīng)室工作氣體是常壓或初真空度，分子平均自由程遠(yuǎn)小于反應(yīng)室尺寸，氣流是粘滯流。 邊界層（附面層，滯流層） 邊界層厚度,圖7-2 立式反應(yīng)器中浮力驅(qū)動(dòng)的再循環(huán)流,生長動(dòng)力學(xué) 從簡單的生長模型出發(fā)，用動(dòng)力學(xué)方法研究化學(xué)氣相淀積推導(dǎo)出生長速率的表達(dá)式及其兩種極限情況,與熱氧化生長稍有不同的是，沒有了在SiO2中的擴(kuò)散流,Jg是反應(yīng)劑分子的粒子流密度 Js代表在襯底表面化學(xué)反應(yīng)消耗的反應(yīng)劑分子流密度,hg 是質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)（cm/

5、sec）,在穩(wěn)態(tài)，兩類粒子流密度應(yīng)相等。這樣得到,可得：,假定Jg正比于 反應(yīng)劑在主氣流中的濃度CG與在硅表面處濃度CS之差,假定在表面經(jīng)化學(xué)反應(yīng)淀積成薄膜的速率正比于 反應(yīng)劑在表面的濃度CS ，則,ks 是表面化學(xué)反應(yīng)系數(shù)（cm/sec）,設(shè),Y -在氣體中反應(yīng)劑分子的摩爾百分比 Cg-每cm3中反應(yīng)劑分子數(shù) CT-在氣體中每cm3的所有分子總數(shù),N-形成薄膜的單位體積中的原子數(shù)。 對(duì)硅外延N為51022 cm-3,則薄膜淀積速率,Y一定時(shí)， G 由hg和ks中較小者決定 1、如果hgks，則CsCg-表面化學(xué)反應(yīng)速率控制過程，有 2、如果hgks，則CS0-質(zhì)量傳輸速率控制過程， 有 質(zhì)量

6、輸運(yùn)控制，對(duì)溫度不敏感,表面（反應(yīng)）控制，對(duì)溫度特別敏感,反應(yīng)劑濃度對(duì)生長速率影響,G Y Cg,SiH4poly-Si+2H2,溫度的影響-兩種極限情況,kshg G=CThgY/N1,kshg G=CTksY/N1,氣流速率與溫度對(duì)淀積速率的影響,Grove模型的指導(dǎo)作用和局限,質(zhì)量輸運(yùn)控制CVD中，反應(yīng)劑濃度的均勻性很重要；對(duì)溫度的控制不必很嚴(yán)格。 表面化學(xué)反應(yīng)控制CVD中，溫度均勻性很重要；對(duì)反應(yīng)劑濃度控制不必很嚴(yán)格。 在反應(yīng)劑濃度較低時(shí)Grove模型和實(shí)測結(jié)果吻合得較好，濃度較高則不然。 忽略了反應(yīng)產(chǎn)物的解吸、流速影響 忽略了溫度梯度對(duì)氣相物質(zhì)輸運(yùn)的影響,7.2.3薄膜質(zhì)量控制,臺(tái)階

7、覆蓋特性 薄膜內(nèi)應(yīng)力 薄膜致密性 薄膜厚度均勻性 薄膜附著性,臺(tái)階覆蓋（保形性）,保形覆蓋：無論襯底表面有什么樣的傾斜圖形，在所有圖形上面都能淀積有相同厚度的薄膜。 在質(zhì)量輸運(yùn)控制的淀積過程，襯底表面上任何一點(diǎn)所淀積的薄膜厚度取決于到達(dá)該點(diǎn)的反應(yīng)劑數(shù)量-由工藝過程壓力和吸附原子的遷移性決定,吸附原子的遷移率與吸附原子的種類、能量、襯底溫度、離子對(duì)吸附原子的轟擊有關(guān)： 高溫，LPCVD-高保形性 低溫，APCVD-非保形性,到達(dá)角（arrival angle） 在二維空間內(nèi)，對(duì)表面任一點(diǎn)在 +d角度內(nèi)到達(dá)該點(diǎn)的反應(yīng)劑數(shù)量為P()d() 常壓，氣體分子之間的相互碰撞使速度矢量完全隨機(jī)化，則 P()

8、為 常數(shù) 當(dāng)P() 0，薄膜厚度正比于到達(dá)角的取值范圍,一般到達(dá)角越大淀積 速率越大,遮蔽（Shadowing）效應(yīng)-反應(yīng)劑分子平均自由程很長，在襯底上遷移能力低，薄膜最終厚度隨溝槽深度的增加而降低,再發(fā)射機(jī)制是決定保形覆蓋的關(guān)鍵因素 TEOS粘滯系數(shù)比硅烷小，再發(fā)射率高，保形覆蓋更好。,三種機(jī)制影響反應(yīng)氣體分子到襯底表面的特殊位置：入射；再發(fā)射；表面遷移,薄膜內(nèi)應(yīng)力,薄膜沉積在襯底上以后，薄膜處于應(yīng)變狀態(tài)，若以薄膜應(yīng)力 造成襯底彎曲形變方向區(qū)分，可分為拉應(yīng)力 (tensile stress) 和壓應(yīng)力 (compressive stress)，,7.3 CVD工藝方法,7.3.1常壓化學(xué)汽相

9、淀積 7.3.2低壓化學(xué)氣相淀積 7.3.3等離子體的產(chǎn)生 7.3.4等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積 7.3.5淀積工藝方法的進(jìn)展,CVD淀積系統(tǒng)設(shè)備,CVD源 氣體輸入管道及氣體流量控制系統(tǒng) 反應(yīng)室及反應(yīng)激活裝置（基座加熱或其它引入反應(yīng)激活能） 溫度控制系統(tǒng) 減壓系統(tǒng),CVD的源,氣態(tài)源：SiH4，NH3等-正被液態(tài)源取代 液態(tài)源：TEOS (正硅酸乙脂: Si(OC2H5)4 ) 送入方式： 冒泡法：用N2/H2/Ar攜帶； 加熱法； 液態(tài)源直接注入,CVD反應(yīng)室熱源,CVD過程是在高于室溫條件淀積的。 反應(yīng)室側(cè)壁溫度保持在Tw，放置硅片的基座溫度恒定Ts。 當(dāng)TwTs，稱熱壁式CVD系統(tǒng)；-電阻

10、加熱法 TwTs稱冷壁式CVD系統(tǒng)-電感或高頻輻射燈加熱； 即使在冷壁系統(tǒng)中，其側(cè)壁溫度也高于室溫。,7.3.1 APCVD,操作簡單，淀積速率較高，適于介質(zhì)薄膜的淀積。 缺點(diǎn)：易于發(fā)生氣相反應(yīng)、產(chǎn)生微粒污染，臺(tái)階覆蓋性和均勻性比較差。 APCVD由質(zhì)量輸運(yùn)控制淀積速率，可精確控制在單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)每個(gè)硅片表面及同一表面不同位置的反應(yīng)劑數(shù)量-薄膜均勻性,三種APCVD系統(tǒng)原理圖,反應(yīng)激活能由電阻絲或射頻線圈提供，可淀積不同薄膜,受熱移動(dòng)盤或傳輸帶上的硅片連續(xù)通過淀積區(qū)和非淀積區(qū)（通過流動(dòng)的惰性氣體隔離）,APCVD,反應(yīng)劑和屏蔽氣體N2同時(shí)從冷卻噴嘴中注入，反應(yīng)空間只有幾毫米，可減少氣相反應(yīng)；

11、噴嘴、傳送帶以及基座需要經(jīng)常清理,斜率與激活能Ea成正比,APCVD的主要問題：低產(chǎn)率（throughput） 高溫淀積：硅片需水平放置 低溫淀積：反應(yīng)速率低,7.3.2 LPCVD Low PressureCVD,與APCVD相比增加了真空系統(tǒng)，氣壓在1-10-2Torr之間，分子自由程長，豎放基片，是電阻熱壁式，效率高，經(jīng)濟(jì)。但淀積速率低，溫度較高。 淀積速率受表面反應(yīng)控制，對(duì)溫度非常敏感，氣體分壓，氣流速對(duì)淀積速率也有影響。 可淀積多晶硅、氮化硅、二氧化硅、PSG、BPSG、W等,臥式反應(yīng)器,立式反應(yīng)器,一個(gè)入氣口的反應(yīng)室，沿氣流方向反應(yīng)劑不斷消耗濃度降低，因此，膜厚不均。當(dāng)氣體反應(yīng)劑被

12、消耗而出現(xiàn)的反應(yīng)劑濃度改變的現(xiàn)象為氣缺現(xiàn)象,氣缺現(xiàn)象解決方法,在水平方向上逐漸提高溫度來加快反應(yīng)速度，從而提高淀積速率，補(bǔ)償氣缺效應(yīng)的影響，減小各處淀積厚度差別。 采用分布式的氣體入口，就是反應(yīng)劑氣體通過一系列氣體口注入列反應(yīng)室中。需要特殊設(shè)計(jì)的淀積室來限制注入氣體所產(chǎn)生的氣流交叉效應(yīng)。 增加反應(yīng)室中的氣流速度。,低壓化學(xué)氣相淀積 （LPCVD）,因此低壓可以大大提高h(yuǎn)g的值。 例如在壓力為1 torr時(shí)，Dg可以提高760倍，而ds只提高約7倍，所以hg可以提高100倍。氣體在界面不再受到傳輸速率限制。,在質(zhì)量輸運(yùn)控制區(qū)域：,增加產(chǎn)率 晶片可直插放置許多片（100-200） 工藝對(duì)溫度靈敏,

13、但是采用溫度控制好的熱壁式系統(tǒng)可解決溫度控制問題 氣流耗盡仍是影響均勻性的因素，可以設(shè)定溫差525 C，或分段進(jìn)氣,無光放電區(qū)：極少量原子受到高能宇宙射線激發(fā)而電離；電流微弱、，且不穩(wěn)定,湯生放電區(qū)：電壓升高，電子、離子的能量逐漸升高，作用；作用；,輝光放電：氣體放電擊穿；負(fù)阻現(xiàn)象；陰極電流密度一定，有效放電面積隨電流增加而增大；,反常輝光放電：陰極全部成為有效放電區(qū)域，只有增加功率才可增加陰極電流密度,電弧放電：隨電流增加，放電電壓再次大幅下降,7.3.3等離子體的產(chǎn)生,直流氣體輝光放電,反常輝光放電區(qū),暗區(qū)，相當(dāng)于離子和電子從電場獲取能量的加速區(qū)； 輝光區(qū)，相當(dāng)于不同離子發(fā)生碰撞、復(fù)合、電

14、離的區(qū)域。 負(fù)輝區(qū)，是最亮區(qū)域。,圖7-15 直流輝光放電各參量分布,等離子體及其特點(diǎn),等離子體（Plasma）是指具有一定導(dǎo)電能力的氣體，它由正離子、電子、光子以及原子、原子團(tuán)、分子及它們的激發(fā)態(tài)所組成的混合氣體，宏觀上呈現(xiàn)電中性。 輝光放電構(gòu)成的等離子體中粒子能量、密度較低，放電電壓較高。其特點(diǎn)是質(zhì)量較大的重粒子，包括離子、中性原子和原子團(tuán)的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電子的能量，是一種非熱平衡狀態(tài)的等離子體。,等離子鞘層,電子：等離子體中電子平均動(dòng)能2eV，對(duì)應(yīng)溫度T=23000K;平均運(yùn)動(dòng)速度 v=9.5*105 m/s 離子及中性原子處于低能狀態(tài)，對(duì)應(yīng)溫度在T=300-500K；平均速度vAr=5*

15、102m/s 等離子鞘層：電子與離子具有不同速度，結(jié)果是形成所謂的等離子鞘層，即任何處于等離子中的物體相對(duì)于等離子體來講都呈現(xiàn)出負(fù)電位，且在物體表面附近出現(xiàn)正電荷積累。,輝光放電中的碰撞過程,彈性碰撞 無激發(fā)、電離或復(fù)合 非彈性碰撞 動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能 維持了自持放電,等離子體中高速運(yùn)動(dòng)的電子與其它粒子的碰撞是維持氣體放電的主要微觀機(jī)制。,射頻氣體輝光放電,國際上采用的射頻頻率多為美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)(Fcc)建議的13.56MHz。 在一定氣壓條件下，在陰陽電極之間加交變電壓頻率在射頻范圍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的射頻輝光放電。,射頻放電的激發(fā)源,E型放電：高頻電場直接激發(fā) H型放電：高頻磁場感應(yīng)激發(fā),射頻

16、輝光放電與直流放電很不相同： 電場周期性改變方向，帶電粒子不容易到達(dá)電極和器壁，減少了帶電粒子的損失。在兩極之間不斷振蕩運(yùn)動(dòng)的電子可從高頻電場中獲得足夠能量，使氣體分子電離，電場較低就可維持放電。 陰極產(chǎn)生的二次電子發(fā)射不再是氣體擊穿必要條件。 射頻電場可由容抗或感抗耦合進(jìn)淀積室。電極可以是導(dǎo)體，也可是絕緣體。,高密度等離子體的產(chǎn)生,高密度等離子體（high density Plasma, HDP）技術(shù)是在上世紀(jì)80年代末90年代初發(fā)展起來的新一代等離子體技術(shù)。 高密度等離子體是指其離子濃度超過1011ions/cm3。HDP系統(tǒng)一般都是在簡單等離子體發(fā)生器上增設(shè)電場和磁場，用橫向電場和磁場來

17、增加電子在等離子體中的行程，從而使電子和原子（或分子）之間碰撞更加頻繁，以增加等離子體中的離子和活性基團(tuán)。 電感耦合HDP 磁控HDP 電子回旋共振（ECR）HDP技術(shù),采用射頻等離子體把電能耦合到氣體中，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行。 射頻功率使反應(yīng)器中低壓氣體非平衡輝光放電。襯底吸附等離子體內(nèi)活潑的中性原子團(tuán)與游離基，在表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成薄膜物質(zhì)，并不斷受到離子和電子轟擊，容易遷移、重排，使得淀積薄膜均勻性好，填充小尺寸結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)。 淀積速率是表面反應(yīng)控制，精確控制襯底溫度：溫度變化對(duì)薄膜厚度均勻性影響很大。,7.3.4 PECVD (Plasma engancedCVD),PECVD設(shè)

18、備,影響PECVD薄膜淀積速率因素,反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)； 射頻功率的強(qiáng)度和頻率； 反應(yīng)劑與稀釋劑氣體量； 抽氣速率； 襯底溫度。,7.3.5 CVD工藝方法的進(jìn)展,高密度等離子體化學(xué)氣相淀積 熱絲化學(xué)氣相淀積 激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相淀積 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積,金屬有機(jī)物氣相淀積（MOCVD）,MOCVD法的特點(diǎn)是采用相當(dāng)?shù)偷臏囟认履芊纸獾慕饘儆袡C(jī)化合物作初始反應(yīng)物進(jìn)行氣相淀積。 即把欲淀積膜層的一種或幾種組分以金屬烷基化合物的形式輸送到反應(yīng)區(qū)，而其它的組分可以氫化物的形式輸送，金屬烷基化合物與氫化物在氣相或襯底基片上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成淀積薄膜。,激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相淀積（LCVD）,LCVD法是將激光應(yīng)用與

19、常規(guī)CVD的一種新技術(shù)，通過激光活化，使化學(xué)反應(yīng)在較低溫度進(jìn)行，激光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。在這個(gè)意義上LCVD類似與PECVD。 LCVD法是用激光束照射封閉于氣室內(nèi)的反應(yīng)氣體，誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)，生成物淀積襯底基在片上。 LCVD的最大優(yōu)點(diǎn)在于淀積過程中，不直接加熱襯底，可按需要進(jìn)行淀積，空間選擇性好，甚至可使薄膜生長限制在襯底的任意微區(qū)內(nèi)；淀積速率快。,7.4 二氧化硅薄膜的淀積,主要有CVDSiO2, PSG, BPSG薄膜 用于：多層布線中金屬層之間的絕緣層;MOS晶體管的柵極介質(zhì)層；吸雜劑、擴(kuò)散源、擴(kuò)散和離子注入工藝中的掩膜；防止雜質(zhì)外擴(kuò)的覆蓋層以及鈍化層。,7.4.1 CVD-SiO2特性與用

20、途,對(duì)SiO2膜要求,厚度均勻，結(jié)構(gòu)性能好 粒子和化學(xué)玷污低 與襯底良好的黏附性 應(yīng)力小-防碎裂 完整性好以具備較高介質(zhì)擊穿電壓 較好的臺(tái)階覆蓋性，針孔密度低，產(chǎn)量高 K值低,介電常數(shù)k (permittivity或dielectric constant)來描述電介質(zhì)的儲(chǔ)電能力。 對(duì)電容容量的大小起著關(guān)鍵性作用，制造大容量的電容器時(shí)通常是通過選擇高k 值的電介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。,PSG、BPSG薄膜,在SiO2淀積時(shí)，加入PH3, 生成含有P2O5的SiO2被稱為磷硅玻璃（PSG） 4PH3(g)+5O2(g) P2O5(s)+6H2(g) 特點(diǎn)：應(yīng)力小，階梯覆蓋較好；可吸附堿性離子； 高溫下可流動(dòng)

21、 注意：PSG在高P情況下的吸潮性，P控制在68wt%,SiO2中摻磷或摻硼，目的是通過回流使芯片臺(tái)階降低，實(shí)現(xiàn)平整化。 向SiO2淀積源中加入硼酸三甲酯(TMB)，可實(shí)現(xiàn)硼摻雜，加入磷酸三甲酯(TMP)，可實(shí)現(xiàn)磷摻雜。,圖7-24 PSG在APCVD中的淀積速率,PSG回流,BPSG（B2O3-P2O5-SiO2）,三元氧化膜體系，850玻璃回流平坦化 BPSG流動(dòng)性取決于薄膜的組分、工藝溫度、時(shí)間與環(huán)境氣氛 防止起泡現(xiàn)象（blistering）- 800致密化； 900975快速熱退火 可用作絕緣層、鈍化層，表面平坦化 在接觸回流中，BPSG比PSG更適合,CVD SiO2特性,低溫淀積S

22、iO2薄膜的密度低于熱生長SiO2，其折射系數(shù)n約為1.44（熱氧化n=1.46）。 n1.46,薄膜富硅 n1.46, 為低密度多孔薄膜,7.4.2 APCVD /LPCVD SiO2,硅烷為源，工藝溫度250-450，可在APCVD, LPCVD, PECVD系統(tǒng)中淀積。 SH4(g)+O2(g) SiO2(s)+2H2(g) N2稀釋SH4與過量O2的混合氣體 低溫淀積SiO2膜可在700-1000退火致密化，使SiO2膜的密度從2.1gcm3增至2.2gcm3，在HF溶液中的腐蝕速率也會(huì)降低。,1 硅烷/O2為源,TEOS （正硅酸四乙酯） 為源的低溫PECVD,TEOS(l)Si(O

23、C2H5)4+O2 SiO2+副產(chǎn)物 良好的臺(tái)階覆蓋性，間隙填充特性，多用來形成多層布線金屬層之間絕緣層淀積,TEOS與O3混合源的SiO2淀積,300,TEOS+3%O3,APCVD淀積SiO2，淀積速率可達(dá)100200nm/min- TEOS與O3混合淀積的SiO2薄膜優(yōu)勢：淀積速率高；保形性好；良好填充溝槽及金屬線之間的間隙 化學(xué)反應(yīng)式 Si(OC2H5)4+O3 SiO2+8CO2+10H2O 問題：淀積速率依賴于薄膜淀積的表面材料；所淀積的氧化層中含有Si-OH鍵，更易吸收水汽；,解決方法：先用PECVD 方法先淀積一層SiO2，再做TEOS/O3淀積SiO2 ，最后表面再做PECV

24、D 淀積SiO2，形成三明治夾層的三層絕緣層結(jié)構(gòu),2 中溫CVD SiO2,工藝溫度650-750 ，采用APCVD，LPCVD方法淀積。 TEOS 淀積的SiO2薄膜有更好的保形性；淀積溫度: 680-730, 速率約25nmmin LPCVD SiO2 薄膜Si(OC2H5)4SiO2+4C2H4+2H2O,7.4.4 PECVD SiO2,含有氯或氫。 2.當(dāng)N2O:SiH4的比例比較低時(shí)，形成富硅薄膜; 3.富硅薄膜的折射系數(shù)增加,n值接近1.46; 4.稀釋的HF溶液對(duì)SiO2的腐度速率可以非常精確的反映薄膜的配比和密度。,SH4(g)+2N2O(g) SiO2(s)+2N2(g)

25、+2H2(g) Ar氣為稀釋氣體，溫度：200-400,7.5 氮化硅薄膜,氮化硅薄膜是非晶介質(zhì)薄膜，Si3N4薄膜一般是采用CVD法制備，在二氧化硅不適合的場合作為介質(zhì)薄膜使用。,7.5.1 氮化硅薄膜性質(zhì)與用途,抗鈉能力強(qiáng)，硬度大，針孔少，致密，化學(xué)穩(wěn)定性好，因此，作為鈍化膜、保護(hù)膜有優(yōu)勢。 掩蔽能力強(qiáng)，SiO2對(duì)B、P、As、Sb有掩蔽作用，Si3N4還可以掩蔽Ga、In、ZnO。能作為多種雜質(zhì)的掩蔽膜。 介電常數(shù)大、導(dǎo)熱性好，SiO2 4.2，Si3N4 6-9，可做電容的介質(zhì)層；,與二氧化硅比較,工藝用途：可以作為選擇性氧化的掩膜，如MOS器件的場區(qū)氧化(LOCOS)；淺溝隔離的化學(xué)

26、機(jī)械拋光（CMP）自停止層。 問題：與硅失配率大，無論是晶格常數(shù)還是熱膨脹系數(shù)，因此在Si3N4/Si界面硅缺陷大，成為載流子陷阱，或者復(fù)合中心，影響硅的載流子遷移率。,7.5.2 氮化硅工藝,可根據(jù)需要選擇淀積Si3N4工藝條件 選擇性氧化的掩膜或電容介質(zhì)層 中溫LPCVD, 700-800C, P：0.1-1Torr SiH2Cl2(H2或N2 ) +NH3 Si3N4+ HCl+H2 最終鈍化層 低溫PECVD， 200-400 P：0.1-1Torr SiH4 (H2或N2) + NH3 (或N2 ) SixNyHZ+H2,LPCVD氮化硅工藝,薄膜密度高（2.93.1g/cm3）；介

27、電常數(shù)6；化學(xué)配比較好；耐HF腐蝕；H含量較PECVD氮化硅低;臺(tái)階覆蓋性較好;較少的粒子污染 缺點(diǎn)是薄膜應(yīng)力較大,易破裂 LPCVD以SiH2Cl2或SiCl4為硅源淀積Si3N4 注意 工藝過程中NH3要充足,PECVD氮化硅薄膜,若采用N2和SiH4作為反應(yīng)劑,注意比例; 淀積速率低,臺(tái)階覆蓋差,擊穿電壓低; H含量較少,形成薄膜致密; NH3更易于在PECVD反應(yīng)室內(nèi)分解,形成的薄膜性能較好,PECVD SiXNY,Standard Cubic Centimeter per Minute,即ml/min或cm3/min,7.6多晶硅(Poly-Si)薄膜,結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 多晶硅薄膜是由無數(shù)微

28、小單晶粒(約100nm)組成的薄膜，晶粒大小與制備工藝有關(guān)，在晶粒與晶粒之間是晶粒間界(稱晶界，0.5-1nm寬)，晶界原子排列無序，多晶硅薄膜呈各向同性。 晶界含大量懸掛鍵及高密度缺陷-晶粒間界不完整性及晶粒表面原子周期性排列受到破壞所引起。 造成多晶硅的兩個(gè)重要特性： （1）擴(kuò)散系數(shù)-晶界處明顯大于晶粒內(nèi)部 （2）雜質(zhì)分凝-高溫時(shí)位于晶粒內(nèi)部的雜質(zhì)在低溫時(shí)運(yùn)動(dòng)到晶界處，而高溫時(shí)又返回晶粒內(nèi),7.6.1 結(jié)構(gòu)與特性,多晶硅電學(xué)特性,多晶硅內(nèi)每個(gè)單晶晶粒內(nèi)的電學(xué)行為和單晶硅的電學(xué)行為相似 在一般摻雜濃度下，同樣摻雜情況，比單晶電阻率高； 高摻雜時(shí)，電阻率與單晶接近。,原因：1、熱處理過程中摻雜

29、原子運(yùn)動(dòng)到晶界處，不能有效供給自由載流子；2、晶界處的懸掛鍵可俘獲自由載流子；3、晶界內(nèi)缺陷使載流子遷移率下降,Poly-Si電阻變化與摻雜濃度、晶粒尺寸之間關(guān)系： 1、在同樣摻雜濃度下晶粒尺寸大的薄膜有較低的電阻率 2、晶粒尺寸的大小和摻雜濃度相互作用，決定著每一個(gè)晶粒的耗盡的程度,7.6.2 多晶硅薄膜用途,MOS器件的柵電極； 超大規(guī)模集成電路中電極的多層布線； 在雙極以及BiCMOS技術(shù)中，高摻雜的多晶硅薄膜也用來制作發(fā)射極； MEMS器件，如壓力傳感器的應(yīng)變電阻。,良好的高溫工藝兼容性；與熱生長的二氧化硅有更好的接觸性能；在陡峭的臺(tái)階上淀積多晶硅有良好的保形性,7.6.3 Poly-Si薄膜制備工藝,LPCVD，580-650，熱分解硅烷實(shí)現(xiàn)淀積； T 580時(shí)淀積薄膜基本為非晶Si 硅烷熱分解 SiH4（吸附） SiH2（吸附）+H2(g) Si（s）+H2(g) 注意：（1）防止SiH4氣相分解-應(yīng)用稀釋氣體H2 （2）氣缺現(xiàn)象-從反應(yīng)室的入口到出口的30溫度梯度；分布式入口LPCVD反應(yīng)室 在淀積Poly-Si的同時(shí)可原位摻雜，或在淀積之后采用擴(kuò)散或離子注入摻雜。,Poly-Si淀積速率的影響因素,溫度； 氣體壓力； 反應(yīng)器形狀,Poly-Si摻雜,擴(kuò)散摻雜-溫度9001000 N型摻雜劑：POCl5, PH