化学气相沉积二

第六章化学气相沉积6.1CVD概述6.2CVD工艺原理6.3CVD工艺方法6.4二氧化硅薄膜的淀积6.5氮化硅薄膜淀积6.6多晶硅薄膜淀积6.7金属及金属化合物薄膜16.4二氧化硅薄膜淀积二氧化硅的用途6.4二氧化硅薄膜淀积二氧化硅薄膜的特性要求厚度均匀、结构性能好，离子和化学玷污要低，与衬底之间有良好的黏附性，具有较小的应力以防止碎裂，完整性要好以获得较高的介质击穿电压，较好的台阶覆盖以满足多层互联的要求，针孔密度要低，较低的K值以获得高性能器件和较高的产率。

衡量二氧化硅薄膜质量指标折射系数与热氧化的折射系数1.46相比大于1.46，富硅小于1.46，低密度多孔薄膜6.4二氧化硅薄膜淀积CVDSiO2的方法低温CVDSiO2

：低于500℃中温LPCVDSiO2：500～800℃TEOS与臭氧混合源的SiO2淀积：低于500℃高温LPCVD淀积6.4二氧化硅薄膜淀积低温CVDSiO2LPCVDorAPCVD(250~450℃)低温淀积生成的SiO2薄膜的密度低于热生长二氧化硅，折射系数为1.44，较易腐蚀。可在700~1000℃温度范围内进行热处理，以实现致密化。致密化是一个减少SiO2玻璃体中H2O的成分，增加桥键氧数目的过程。6.4二氧化硅薄膜淀积低温CVDSiO2PECVD（200~400℃）可用N2O：SiH4

的比值来控制生成物的成分稀释的HF溶液对SiO2薄膜的腐蚀速率可以非常精确的反应薄膜的配比和密度。高密度等离子体（HDP）CVD可在120℃的低温下淀积质量很好的SiO2薄膜。6.4二氧化硅薄膜淀积低温CVDSiO2PECVD（250-425℃）

正硅酸四乙酯[Si(OC2H5)4]

TEOS+O2 SiO2+Products

淀积的薄膜具有更好的台阶覆盖和间隙填充特性，淀积温度低，可用来形成多层布线中金属层之间的绝缘层淀积。可在淀积源中加入掺杂源进行掺杂加硼酸三甲酯（TMB)可掺硼加磷酸三甲酯（TMP)可掺磷6.4二氧化硅薄膜淀积中温CVDSiO2LPCVDTEOS(675~695℃) TEOSSiO2+ProductsTEOS代替SiH4安全淀积的薄膜具有更好的保形性原因：反应物淀积后在台阶表面快速迁移应用：金属淀积之前的绝缘层（多晶硅和金属层之间的绝缘层）；形成隔离层（MOSFETs的LDD）6.4二氧化硅薄膜淀积TEOS与臭氧混合源的SiO2淀积特点(APCVD或LPCVD)

：高的淀积速率很好的保形性淀积前先用PECVD法淀积薄层SiO2，保证相同的淀积速度易于与空气中的水汽反应，故最上层用PECVD法淀积SiO2层作为保护故TEOS/O3淀积的氧化层就像三明治一样夹在由两层PECVD的氧化层结构。形成三层绝缘结构。6.4二氧化硅薄膜淀积高温LPCVDSiO2第六章化学气相沉积6.1CVD概述6.2CVD工艺原理6.3CVD工艺方法6.4二氧化硅薄膜的淀积6.5氮化硅薄膜淀积6.6多晶硅薄膜淀积6.7金属及金属化合物薄膜126.5氮化硅薄膜淀积

应用：钝化层和机械保护层钠和水汽在氮化硅中的扩散速度非常慢，即拥有很强的掩蔽能力硅选择性氧化的掩蔽膜氮化硅氧化速度非常慢二氧化硅缓冲层CVDSi3N46.5氮化硅薄膜淀积CVDSi3N4

应用：电容中的绝缘材料（高K介质，7~9）

作为MOSFETs的侧墙用于LDD结构的侧墙不能用于导体之间的绝缘层高的介电常数，会形成较大的寄生电容6.5氮化硅薄膜淀积中温(700～800℃)的LPCVD作为选择氧化的掩蔽膜DRAM中电容的介质层优点：薄膜密度比较高，比PECVDSi3N4有更好的化学配比，氢的含量比PECVDSi3N4低，台阶覆盖性好缺点：温度高、速率低（700℃时10nm/min）；气缺现象DCS:二氯硅烷SiCl2H26.5氮化硅薄膜淀积低温(300℃)的PECVD钝化层，因Al的存在SiH4-NH3淀积速率高，薄膜击穿电压高，台阶覆盖性好氢的含量高（无正确的化学组成比）SiH4-N2淀积速率低，薄膜击穿电压低，台阶覆盖性差氢的含量低，薄膜致密第六章化学气相沉积6.1CVD概述6.2CVD工艺原理6.3CVD工艺方法6.4二氧化硅薄膜的淀积6.5氮化硅薄膜淀积6.6多晶硅薄膜淀积6.7金属及金属化合物薄膜176.6多晶硅薄膜淀积多晶硅薄膜的性质

物理结构由小单晶组成，多晶界淀积薄膜为非晶或多晶（取决于工艺），非晶经热处理可转为多晶。晶粒表面原子周期性排列受到破坏，所以晶粒间界具有高密度缺陷和悬挂键晶界处的扩散系数明显高于晶粒内部的扩散系数高温时存在于晶粒内的杂质在低温时由于分凝作用会运动到晶界6.6多晶硅薄膜淀积多晶硅薄膜的性质

电学特性多晶硅的电阻率高于单晶硅的电阻率掺杂原子在热处理过程中易到晶粒间界处，不能有效的贡献自由载流子晶粒间界处的悬挂键俘获自由载流子,由此降低载流子的浓度晶粒尺寸大的多晶硅的电阻率低，因为晶粒间界密度小多晶硅的优点（Al的熔点为659℃）：多晶硅与随后的高温热处理工艺有很好的兼容性与Al栅相比，多晶硅与热生长二氧化硅的接触性能更好在陡峭的台阶上淀积多晶硅时能够获得很好的保形性应用：栅电极互联引线导体和电阻（高电阻值）填充介质隔离技术中的深槽6.6多晶硅薄膜淀积6.6多晶硅薄膜淀积CVD多晶硅

一般用LPCVD，在580℃～650℃下热分解硅烷SiH4发生气相反应，生成粗糙多孔硅层，不适合IC的要求。当气体中的Si的浓度较大，容易发生气相反应气体稀释硅烷，用H2、氮气或氩气可以抑制气相反应LPCVD时的气缺现象分布式入口的LPCVD反应室6.6多晶硅薄膜淀积淀积条件对多晶硅结构及淀积速率的影响温度<580℃,非晶态>580℃,多晶~625℃<110>晶向的晶粒占主导~675℃<100>晶向的晶粒占主导更高温度<110>晶向的晶粒占主导压力、温度温度一定，压力增大，淀积速率增大

压力一定，温度增大，淀积速率增大6.6多晶硅薄膜淀积多晶硅的掺杂技术多晶硅的掺杂技术扩散掺杂在淀积完成之后在较高的温度下进行掺杂

优点：能够在多晶硅薄膜中掺入浓度很高的杂质。同时完成掺杂和退火工艺

缺点：温度较高、薄膜表面粗糙程度增加6.6多晶硅薄膜淀积多晶硅的掺杂技术多晶硅的掺杂技术离子注入（最常用）淀积后的离子注入和退火优点：可精确控制掺入杂质的数量，适合于不需要太高掺杂浓度的多晶硅薄膜特点：形成的高掺杂多晶硅电阻率约为扩散形成的电阻率的10倍6.6多晶硅薄膜淀积多晶硅的掺杂技术多晶硅的掺杂技术原位掺杂（in-situ)边淀积边掺杂简单，但薄膜厚度、掺杂均匀性及淀积速率会随着掺杂气体的加入变得复杂较少采用第六章化学气相沉积6.1CVD概述6.2CVD工艺原理6.3CVD工艺方法6.4二氧化硅薄膜的淀积6.5氮化硅薄膜淀积6.6多晶硅薄膜淀积6.7金属及金属化合物薄膜266.7金属薄膜淀积W的CVD

钨的用途

钨插塞（plug）:更好的通孔填充能力局部互连材料短程互联（电导率较低）全局互联（Al、Cu）6.7金属薄膜淀积W的CVD钨广泛用于互连的原因体电阻率小（7～12uQ.cm)热稳定性好（熔点最高）应力低，保形性好；抗电迁移能力和抗腐蚀性强

缺点电阻率相对铝高在氧化物和氮化物上附着力差钨与硅在600℃以上接触时，会形成钨的硅化物熔点Al660℃Cu1083℃W3380℃Mo2600℃6.7金属薄膜淀积W的CVD化学反应（一般用LPCVD来淀积）钨的淀积方法覆盖式（过程复杂，费用高，但比较成熟）选择式（存在问题，如选择性差、横向扩展、空洞形成）6.7金属薄膜淀积W的CVD覆盖式化学气相淀积钨与回刻表面原位预清洁去掉接触孔及铝通孔内的氧化层淀积接触层与TiN相比Ti与硅衬底的接触电阻比较小淀积附着层/阻挡层TiNTiN与钨及其它介质层的附着性能好6.7金属薄膜淀积W的CVD覆盖式化学气相淀积钨与回刻淀积钨，分成两步去掉接触孔及铝通孔内的氧化层形成一薄层钨，大约几十nm台阶覆盖性不是很好然后，氢气还原反应淀积剩余厚度的钨膜氢气还原反应淀积W不能在TiN上稳定地凝聚回刻附着层/阻挡层的刻蚀326.7金属薄膜淀积6.7金属薄膜淀积W的CVD

CVD钨膜的应力钨栓应力不必考虑互联钨层应力必须考虑钨栓的电阻对于深亚微米工艺，钨栓电阻对总电阻影响过大，考虑用铝栓或铜栓代替。6.7金属薄膜淀积W的CVD硅化物LPCVD（300～400℃）增大SiH4的流量，才能保证淀积的是WSix而不是W。当x>2.0时在淀积的硅化钨薄膜中将含有过量的硅，可以避免薄膜碎裂剥离。WSix薄膜中含有较高浓度的氟，当该薄膜用到厚度低于20nm的栅氧上的时候，会使栅氧击穿电压降低和较明显的阈值电压漂移。6.7金属薄膜淀积W的CVD硅化物LPCVD(570~600℃)氟的含量比使用硅烷反应生成的薄膜要低的多，并且氯的含量很低。DCS的阶梯覆盖性要比硅烷好。生成的硅化钨薄膜的碎裂剥落不太严重。DCS代替硅烷CVDWSix。6.7金属薄膜淀积Al的CVDAL的优点（适用于0.25um以下工艺）对接触孔填充性好电阻率低一次完成填充和互连采用有机金属化合物源（TMA;DMAH;DMEAA)

铝生产中的问题安全保持稳定性CVD铝抗电迁移能力较差37小结：CVD和PVD薄膜淀积

二氧化硅薄膜：APCVD,LPCVD,氮化硅薄膜：LPCVD,PECVD多晶硅薄膜：LPCVD金属及金属化合物薄膜：CVD,PVDAl，Cu，Ag，Au…W，WSix，TiN,38