PVD薄膜沉积技术
PVD薄膜沉积技术
1.薄膜技术
IC中的薄膜
外延Si
介质膜:场氧化、栅氧化膜、USG、BPSG、PSG、层间介质膜、钝化膜、high K、lowK、浅槽隔离....
金属膜:AI、Ti、Cu、Wu、Ta.......
多晶硅
金属硅化物
氧化膜的应用例
半导体应用 | 典型的氧化物厚度(A) |
栅氧(0.18μm工艺) | 20~60 |
电容器的电介质 | 5~100 |
掺杂掩蔽的氧化物 | 400~1200依赖于掺杂剂、注入能量、时间、温度 |
STI隔离氧化物 | 150 |
LOCOS垫氧 | 200~500 |
场氧 | 2500~15000 |
STI—浅槽隔离,LOCOS—晶体管之间的电隔离,局部氧化垫氧—为氮化硅提供应力减小
薄膜材料及性能的要求
各种成膜技术及材料
物理气相沉积PVD——蒸发法
物理气相沉积PVD—溅射法
高能粒子(Ar离子)撞击具有高纯度的靶材料固体平板,撞击出原子。这些原子再穿过真空,沉积在硅片上凝聚形成薄膜。
1852年第1次发现溅射现象,溅射的台阶覆盖比蒸发好, 辐射缺陷远少于电子束蒸发,制作复合膜和合金时性能更好,是目前金属膜沉积的主要方法
优点:
具有保持复杂合金原组分的能力、能够沉积难熔金属、能够在大尺寸硅片上形成均匀薄膜、可多腔集成,有清除表面与氧化层能力、有良好台阶覆盖和间隙填充能力。
化学气相沉积CVD
适用范围广泛(绝缘膜、半导体膜等),是外延生长的基础
硅膜
—外延硅、多晶硅、非晶硅
介质膜
—氧化硅
—氮化硅
—氮氧化硅
—磷硅玻璃PSG、BPSG
金属膜
—W、Cu、Ti、TiN
化学气相沉积——AP-CVD
AP-CVD:常压化学气相沉积((Atmospheric Pressure CVD)
刚开始的CVD工艺、反应器设计简单
APCVD发生在质量输运限制区域
允许高的淀积速度,1000A/min,一般用于厚膜沉积
APCVD的主要缺点是颗粒的形成
产量高、均匀性好、可用于大尺寸硅片
主要用于沉积SiO2和掺杂的SiO2
气体消耗高,需要经常清洁反应腔
沉积膜通常台阶覆盖能力差
化学气相沉积——LP-CVD
SiO2:做层间介质、浅槽隔离的填充物和侧墙
氮化硅:做钝化保护层或掩膜材料
多晶硅:做栅电极或电阻
氧化氮化硅:兼有氧化硅和氮化硅的优点,改善热稳定性、抗断裂能力、降低膜能力
化学气相沉积——PE-CVD、HDP-CVD
PE-CVD:等离子体增强CVD
HDP-CVD:高密度等离子体CVD
更低的工艺温度(250~450℃)
对高的深宽比间隙有好的填充能力
优良的粘附能力
高的淀积速率
少的针孔和空洞,高的膜密度
主要用于淀积绝缘层,RF频率通常低于1MHz
应用例:
沉积金属互连间的绝缘层SiO2:硅烷+氧化剂
沉积金属W:WF6+3H2=W+6HF
沉积铜阻挡层TiN:6TiCI4+8NH3——6TiN+24HCI
来源:佑伦真空