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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)

最早的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


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