常见的薄膜ppt课件.ppt

常用的薄膜材料,微电子教研室,1,薄膜的定义和特性,定义：厚度远小于面积固态物质层，称为薄膜。特性1、好的台阶覆盖能力；2、粘附性好；3、高的深宽比填充；4、厚度均匀；5、应力小6、结构完整，高纯度，高密度,2,薄膜的种类和生长,种类1、绝缘介质：SiO2,Si3N4BSG，PSG，BPSG，FSG2、金属薄膜：铝、金、铜、钨3、半导体薄膜：单晶硅外延层、多晶硅生长薄膜分子成核聚集成膜连续的膜,3,半导体生产中常用薄膜,二氧化硅（掺杂）氮化硅铝（铜）铜（金）多晶硅单晶硅外延层,4,二氧化硅,掺杂的二氧化硅B，P等可以吸收钠离子，减少沾污高温下流动性好，有利于回流工艺，更好的填充空隙，实现表面平坦化,5,氮化硅,性质（与二氧化硅比较）1、氮化硅膜致密，气体和水汽都难以渗入，针孔密度低，导热性能比二氧化硅好，适合作多层布线的介质2、掩蔽能力强（除能掩蔽二氧化硅可以的硼，磷，砷外，还能掩蔽二氧化硅不能的镓，锌，氧等杂质）3、介电强度比二氧化硅强，可得到更高的击穿电压,6,氮化硅,4、一般是在较低温度下由气相淀积形成，降低了温度对器件的影响5、化学性质稳定，比二氧化硅更耐酸，除氢氟酸和热磷酸能缓慢地腐蚀它外，其它的酸都不与它反应。不过对强碱和氧化剂不稳定,7,氮化硅,注：一般要求氮化硅与硅间有一层二氧化硅，以改进界面性能。即形成M-N-O-S结构1）氮化硅可屏蔽外界离子和减小钠离子漂移2）二氧化硅可降低界面态密度，提高表面载流子迁移率,8,氮化硅,用途1、氮化硅陶瓷材料可用于高温工程的部件。2、可用作结合材料3、在SiO2表面作为场氧化层制作的屏蔽罩4、作为元器件的保护膜、钝化膜和绝缘介质,9,铝,铝的特性铝对光的反射性能良好；铝是热的良导体；铝有良好的延展性；铝与盐酸和稀硫酸（稀）反应，而铝与浓硝酸常温下不反应；铝与盐溶液反应；铝与强碱反应；铝与氧气反应；铝与非金属反应；铝与热水反应；铝与较不活动金属氧化物反应电阻率低，=2.82cm；和硅和氧化硅的优他良的附着；成本低，图形刻蚀容易。,10,铝,铝的应用金属互连的导线（引线）成本低，和铝压点键合的兼容性好；但机械强度较差。,11,铝,铝尖刺形成原因：由于硅在铝中有一定的溶解度，当纯铝和硅界面被加热时，硅就会向铝中扩散，在原来的位置留下一些空洞，铝就会随后渗下来。由于渗透得不均匀导致铝在某些接触点上渗入的很深，象尖钉一样刺进硅中。危害：浅结击穿或短路解决方法：在铝中添加硅；引入阻挡层金属Ti/TiN,12,铝,电迁移形成原因：在大电流密度下，大量电子和铝原子碰撞，引起铝原子的也随电子向阳极逐渐移动。原子的移动导致在阴极处的铝层因原子的缺损而产生空洞，而在阳极处的铝层有原子的堆积形成小丘。危害：造成断路（空洞处，引起铝层的不断减薄甚至断裂）；引发短路（在过多或大量小丘处，毗邻的连线或两层间连线可能相连）。解决方法：在铝中添加一定量铜。,13,铜,铜的特性铜具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性和延展性等物理化学特性。导电性和导热性仅次于银。纯铜是玫瑰红色的,氧化铜呈紫红色。故称紫铜。在空气和水中不太稳定，受潮湿、二氧化碳及硫气体的影响，易生氧化膜、硫化物和碱式碳酸铜。电阻率更小，=1.72cm；更小的功耗和更快的芯片速度（更小的RC信号的延时），更高的集成密度；良好的抗电迁移能力。,14,铜的应用金属互连（代替铝或者形成铝合金）：抗电迁移，性价比高；但易氧化，硬度高，可塑性较差。,金属薄膜（铜）,15,钨,钨的特性硬度高，熔点高（3150），电阻率高。钨的化学性质很稳定，常温下与大多数非金属不作用，（如硫）与非氧化性的酸不反应，一般与碱溶液不反应；但是钨与氟作用，在高温下与氧、卤素、碳及氢反应，它还溶于浓硝酸、热浓硫酸、王水或HF和硝酸的混合酸，也与熔融的碱性氧化剂反应。,16,钨,钨的作用利用CVD钨具有均匀的填充高深宽比通孔的能力，作为金属填充物。工艺流程在CVD钨淀积之后，用干法刻蚀或CMP法去除表面多余的钨仅保留通孔内的钨以形成插塞的制作技术，可以提供稳定可靠的多层金属内连线。,17,金,金的特性金的密度较大，韧性很好，延展率高抗机械强度高；金的化学性质很稳定，通常，无论是稀的或浓的盐酸、硝酸、硫酸单独使用均不能溶解它，但是金可溶于王水（盐酸和硝酸的3:1的混合剂），金与王水发生化学作用生成HAuCL4四氯金酸，四氯金酸的腐蚀性能极强，它能腐蚀一切金属。,18,金,紫斑金铝系统在高温贮存和使用时（200），金铝相互作用形成化合物，称为紫斑。它使导电性能降低，也会造成碎裂面而脱键。金的应用快扩散，提高开关速度；焊接引线材料，烧结材料（大功率晶体管）,19,钛,钛的特性密度小，机械强度大，容易加工。有良好的抗腐蚀性能，不受大气和海水的影响。在常温下，不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。,20,金属薄膜（钛）,钛的应用高温下，难熔金属和硅熔合形成硅化物。硅化物具有很好的热稳定性，导电性。在硅与难熔金属的分界面处形成一低阻的关键附着层。,21,银,银的特性有良好的柔韧性和延展性，延展性仅次于金，能压成薄片，拉成细丝。银是导电性和导热性最好的金属。化学性质比铜差，常温下，甚至加热时也不与水和空气中的氧作用。银易溶于硝酸和热的浓硫酸，微溶于热的稀硫酸而不溶于冷的稀硫酸。盐酸和王水只能使银表面发生氯化，而生成氯化银薄膜。银具有很好的耐碱性能，不与碱金属氢氧化物和碱金属碳酸盐发生作用。,22,金属薄膜（银）,银的应用烧结的材料（小功率晶体管）,23,多晶硅,多晶硅的特性晶核长成晶面取向不同的晶粒，这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅，具有半导体性质。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800以上即有延性，1300时显