薄膜CVD技术课件

1、薄膜CVD技术PPT课件第十章第十章薄膜化学汽相淀积（薄膜化学汽相淀积（CVDCVD）技术）技术10.1. 化学汽相淀积（化学汽相淀积（CVDCVD）原理）原理10.1.1. 薄膜生长的基本过程(与外延相似)外延是一特殊的薄膜生长1)参加反应的气体混合物被输运到沉积区2)反应物分子由主气流扩散到衬底表面3)反应物分子吸附在衬底表面薄膜CVD技术PPT课件4）吸附物分子间或吸附分子与气体分子间 发生化学反应，生成化学反应产物和副产物，并沉积在衬底表面（或原子迁移到晶格位置）5）反应副产物分子从衬底表面解吸6）副产物分子由衬底表面外扩散到主气流 中，然后排出沉积区10.1.2. Grove模型 和

2、质量附面层模型Grove模型 :F1=hG(CG-CS)F2=kSCSG=F/m =kShG/(kS+hG)(CT/ m)Y薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件G=hG（CG/ m）为高温下的质量输运控制G=kS（CG/ m）为较低温下的表面反应控制质量附面层（速度界面层）模型:薄膜CVD技术PPT课件可得：所以：eLmRLvLL3232002323vLLDRLDDhmGeLGGGaGTTDD00KTESek薄膜CVD技术PPT课件CVD原理的特点？10.2. CVD反应室气相沉积的反应控制模式主要为质量输运控

3、制和表面反应控制。质量输运控制：质量输运控制：工艺容易控制；反应温度较高，生成膜的质量较好，但容易引入污染和外延时的自掺杂，可能存在工艺上的不兼容；设备简单；生长与气流有关，厚度均匀性不易控制。表面反应控制：表面反应控制：生长反应与气流无关，因而均匀性好，产量高；生长速率与温度有关，较难控制；生长温度低，污染小，但容易产生缺陷。通过降低反应时的总气压，可以使DG（hG）增加，从而实现表面反应控制。在这种情况下，生长速率降低，即使在进一步降低反应温度，也能较好地控制厚度和缺陷。薄膜CVD技术PPT课件10.2.1 常压CVD （APCVD）13.5特点：温度高，不适宜生长某些钝化膜应用：较厚的膜

4、生长生长速率：m/min薄膜CVD技术PPT课件10.2.2 低压CVD （LPCVD）通过降低反应时的总气压(0.252.0torr)，可以使DG（hG）增加，从而实现表面反应控制。在这种情况下，生长速率降低（nm/min） ，即使在进一步降低反应温度(500700C)，也能较好地控制厚度和缺陷。由于温度低，反应生成的原子、分子的迁移动能低，容易形成堆积缺陷；因而有些介质膜不宜用LPCVD技术。薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件10.2.3 PECVD 为了进一步提高成膜质量，进一步降低反应温度和提高生长速率，采用了等离子增强CVD。薄膜CVD技术PPT

5、课件薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件10.3. 薄膜的性质及其生长10.3.1. SiO2膜CVD生长的SiO2膜的质量远不如热氧化SiO2膜。因而主要用于表面钝化和隔离介质膜工艺。而PSG已逐步成为主要的表面钝化表面钝化膜。 CVD生长的SiO2也用于化合物半导体器件。目前在金属化之前主要采用TEOS-LPCVD，而在金属化后主要采用PECVD技术(?) 。薄膜CVD技术PPT课件TEOS（tetraethoxysilane，or Tetraethyl OrthoSilicate）（Si(OC2H5)4）四乙基硅氧化膜的主要特点是台阶覆盖能力好，但生长温度较高，介电参数稍差。

6、主要用于抗Al电迁移的“阻挡层”(?)和深槽的“间隙壁”。（page 145 表、146页图）薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件10.3.2. PSG和BPSG膜在TEOS氧化中加入少量磷或磷硼源（如：TMPO、TEB等）可形成PSG和BPSG。PSG和BPSG膜的特点：金属离子吸除作用和低温热熔流特性薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件PSG具有比SiO2更好的低温熔流性而用于平坦化工艺，由于由于PSG的稳定性较差，且对的稳定性较差，且对Al有有腐蚀作用，现多用腐蚀作用，现多用BPSG。 薄膜CVD技术PPT课件10.3.3. 氮化硅（Si3N4）和SiOxNy膜由

7、于Si3N4非常稳定和杂质掩蔽性，在IC工艺中主要作为掩膜或外层保护膜。1）SiO2膜刻蚀的掩蔽2）离子注入掩蔽膜3）掩蔽SiO2膜不能掩蔽的杂质，如：Ga、Zn4）局部氧化（LOCOS）掩蔽膜5）多层布线金属间的介质隔离膜6）抗碱金属扩散但Si3N4/Si界面的应力很大，不宜直接在Si上生长Si3N4膜。SiOxNy膜是解决这一问题的途径之一。薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件氮化硅有结晶化形和无定形两种在器件中常希望无定形氮化硅（？）（？）用反应溅射法等物理方法和低温CVD法可以制备无定形氮化硅膜，但以CVD为好。 （？）（？）常用PECVD法：3SiH2Cl2+7NH3Si

8、3N4+3NH4Cl+HCl+6H2用SiH2Cl2比用SiH4生长的膜致密。薄膜CVD技术PPT课件刻蚀：氢氟酸、磷酸、氟基等离子体Si3N4膜SiO2膜Si浓HF中的腐蚀速率（埃/分） 15050000缓冲HF中的腐蚀速率（埃/分）151000磷酸中的腐蚀速率（埃/分）100105氟基等离子体腐蚀速率（埃/分）1102060薄膜CVD技术PPT课件10.3.4. Al2O3膜特点：存在负电荷效应（可制Al2O3-SiO2复合栅结构MAOS）（？）抗辐照能力强抗碱金属迁移耐腐蚀性好（包括NaOH）Al2O3膜也有结晶化形和无定形两种CVD：2AlCl3+3CO2+3H2Al2O3+3CO+6

9、HCl腐蚀：磷酸、氟基等离子体薄膜CVD技术PPT课件Al2O3膜的缺点：应力大、工艺稳定性差、 可光刻性差薄膜CVD技术PPT课件10.3.4. 多晶硅膜Poly-Si1）半绝缘多晶硅膜（SIPOS）的特性和器件工艺作用是一种近于电中性的半导体材料；与Si的界面上的界面态少；有独特机理的表面钝化作用：a）表面离子沾污的静电屏蔽薄膜CVD技术PPT课件b）提高器件的耐压水平利用SIPOS膜的微弱导电性，p+区所加的负电位传到n区的表面；与SiO2膜中的正电荷作用相反，这种负电位使Si表面附近的电子浓度减少，从而使耗尽区的表面电场被削弱。（功率器件的终端技术之一）薄膜CVD技术PPT课件2）SI

10、POS膜的生长工艺LPCVD：SiH4Si+2H2 600650C分解 a）工艺难点：纯度的保证高阻半绝缘性106 cm膜的均匀致密b）生长时适当加入一定浓度的氧（15%），形成的O-SIPOS膜的电阻率可提高（ 108 cm）c）掺入氮（N-SIPOS）可提高抗金属离子和水汽的浸蚀d）SIPOS膜的表面通常覆盖一层SiO2膜e）加入PH4、AsH4和BH4等可生长出高电导的掺杂多晶硅薄膜CVD技术PPT课件3）掺杂多晶硅在器件中的作用a）MOS栅的自对准工艺 b）MOS感应栅可读写和闪存器件10.3.5. 金属材料CVD金属膜的生长以物理溅射为基本方法，但由于其方向性，使其台阶覆盖能力不好；

11、合金膜和硅化物的组成配比较难控制。1）金属硅化物的CVD如LPCVD：2WF6+SiH42WSix+3SiF4+14H2 6TiCl4+NH36TiN+24HCl+N2薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件薄膜CVD技术PPT课件Dep-Etch-Dep ProcessFilm deposited with PECVD creates pinch-off at the entrance to a gap resulting in a void in the gap fill.Key-hole defectBread-loaf effectMetalSiO2The solution b

12、egins here1) Ion-induced deposition of film precursors2) Argon ions sputter-etch excess film at gap entrance resulting in a beveled appearance in the film.3) Etched material is redeposited. The process is repeated resulting in an equal “bottom-up” profile.Cap薄膜CVD技术PPT课件2）金属膜的CVDa）钨钨插塞：多层金属布线间的互连覆盖能力强、内应力小