1、第六章第六章 化學(xué)氣相淀積化學(xué)氣相淀積 化學(xué)氣相淀積化學(xué)氣相淀積 化學(xué)氣相淀積（化學(xué)氣相淀積（Chemical Vapor Deposition），簡稱），簡稱CVD。 是把含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或者液是把含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或者液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣，以合理的流速引入反應(yīng)室態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣，以合理的流速引入反應(yīng)室，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在襯底表面上，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在襯底表面上淀積薄膜。淀積薄膜。 CVD的基本理論主要包括氣相化學(xué)反應(yīng)、熱的基本理論主要包括氣相化學(xué)反應(yīng)、熱力學(xué)、動力學(xué)、熱傳導(dǎo)、流體力學(xué)、表面反力學(xué)、動力學(xué)、熱傳導(dǎo)、流體力學(xué)、表面反應(yīng)、等離子反應(yīng)、薄膜物理等。應(yīng)

2、、等離子反應(yīng)、薄膜物理等。在在ULSI的制造工藝中，淀積的薄膜必須具有以下特點的制造工藝中，淀積的薄膜必須具有以下特點 厚度均勻；厚度均勻； 高純度以及高密度；高純度以及高密度； 可控制組分及組分的比例；可控制組分及組分的比例； 薄膜結(jié)構(gòu)的高度完整性；薄膜結(jié)構(gòu)的高度完整性； 良好的電學(xué)特性；良好的電學(xué)特性； 良好的附著性；良好的附著性； 臺階覆蓋好；臺階覆蓋好； 低缺陷密度等。低缺陷密度等。本章內(nèi)容本章內(nèi)容 6.1CVD模型模型 6.2化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)化學(xué)氣相淀積系統(tǒng) 6.3CVD多晶硅的特性和淀積方法多晶硅的特性和淀積方法 6.4CVD二氧化硅的特性和淀積方法二氧化硅的特性和淀積方法 6.5

3、CVD氮化硅的特性及淀積方法氮化硅的特性及淀積方法 6.6金屬的化學(xué)氣相淀積金屬的化學(xué)氣相淀積6.1 CVD6.1 CVD模型模型 化學(xué)氣相淀積步驟：化學(xué)氣相淀積步驟： (1)反應(yīng)劑氣體以合理的速流被輸送到反應(yīng)室內(nèi)，氣流從入反應(yīng)劑氣體以合理的速流被輸送到反應(yīng)室內(nèi)，氣流從入口進入反應(yīng)室并以平流形式向出口流動、平流區(qū)也稱為主口進入反應(yīng)室并以平流形式向出口流動、平流區(qū)也稱為主氣流區(qū)，其氣體速流是不變的氣流區(qū)，其氣體速流是不變的 。 (2)反應(yīng)劑從主氣流區(qū)以擴散方式通過邊界層到達襯底表面反應(yīng)劑從主氣流區(qū)以擴散方式通過邊界層到達襯底表面，邊界層是主氣流區(qū)與硅片表面之間氣流速度受到擾動的，邊界層是主氣流區(qū)

4、與硅片表面之間氣流速度受到擾動的氣體薄層。氣體薄層。 化學(xué)氣相淀積步驟：化學(xué)氣相淀積步驟： (3)反應(yīng)劑被吸附在硅片的表面，成為吸附原子（分子）。反應(yīng)劑被吸附在硅片的表面，成為吸附原子（分子）。 (4)吸附原子（分子）在襯底表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成薄吸附原子（分子）在襯底表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成薄膜的基本元素并淀積成薄膜。膜的基本元素并淀積成薄膜。 (5)化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物和未反應(yīng)的反應(yīng)劑離開襯底表面化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物和未反應(yīng)的反應(yīng)劑離開襯底表面，進入主氣流區(qū)被排除系統(tǒng)。，進入主氣流區(qū)被排除系統(tǒng)。 要完成薄膜的沉積，要完成薄膜的沉積，CVD的化學(xué)反應(yīng)還必須滿的化學(xué)反應(yīng)還必須滿足以下幾個條件

5、足以下幾個條件： （1）在淀積溫度下，反應(yīng)劑必須具備足夠高的蒸氣壓；）在淀積溫度下，反應(yīng)劑必須具備足夠高的蒸氣壓； （2）除淀積物外，反應(yīng)的其他產(chǎn)物必須是揮發(fā)性的；）除淀積物外，反應(yīng)的其他產(chǎn)物必須是揮發(fā)性的； （3）淀積物本身必須具有足夠低的蒸氣壓，這樣才能保）淀積物本身必須具有足夠低的蒸氣壓，這樣才能保證在整個淀積過程中，薄膜能夠始終留在襯底表面上；證在整個淀積過程中，薄膜能夠始終留在襯底表面上； （4）薄膜淀積所用的時間應(yīng)該盡量短以滿足高效率和低）薄膜淀積所用的時間應(yīng)該盡量短以滿足高效率和低成本的要求；成本的要求； 要完成薄膜的沉積，要完成薄膜的沉積，CVD的化學(xué)反應(yīng)還必須滿的化學(xué)反應(yīng)還必

6、須滿足以下幾個條件：足以下幾個條件： （5）淀積溫度必須足夠低以避免對先前工藝產(chǎn)生影響；）淀積溫度必須足夠低以避免對先前工藝產(chǎn)生影響； （6）CVD 不允許化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物進入薄膜中；不允許化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物進入薄膜中； （7）化學(xué)反應(yīng)應(yīng)該發(fā)生在被加熱的襯底表面，如果在氣）化學(xué)反應(yīng)應(yīng)該發(fā)生在被加熱的襯底表面，如果在氣相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將導(dǎo)致過早核化，降低了薄膜的附著相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將導(dǎo)致過早核化，降低了薄膜的附著性和密度、增加了薄膜的缺陷、降低了淀積速率，浪費性和密度、增加了薄膜的缺陷、降低了淀積速率，浪費反應(yīng)氣體等。反應(yīng)氣體等。 6.1.2 邊界層理論邊界層理論 流體力學(xué)、反應(yīng)劑輸運、溫

7、度分布。平均自由程小，黏滯流體力學(xué)、反應(yīng)劑輸運、溫度分布。平均自由程小，黏滯性性 泊松流：沿主氣流方向沒有速度梯度，而沿垂直氣流方泊松流：沿主氣流方向沒有速度梯度，而沿垂直氣流方向的流速為拋物線型變化。如圖所示，氣體從反應(yīng)室左端進向的流速為拋物線型變化。如圖所示，氣體從反應(yīng)室左端進氣口以均勻柱形流進，并以完全展開的拋物線型流出。氣口以均勻柱形流進，并以完全展開的拋物線型流出。 6.1.2 邊界層理論邊界層理論 邊界層：速度受到擾動并按拋物線型變化、同時存在反應(yīng)劑邊界層：速度受到擾動并按拋物線型變化、同時存在反應(yīng)劑濃度梯度的薄層，附面層，滯流層。濃度梯度的薄層，附面層，滯流層。 邊界層是一個過度

8、區(qū)域，存在于氣流速度為零的硅片邊界層是一個過度區(qū)域，存在于氣流速度為零的硅片表面與氣流速度為表面與氣流速度為Um的主氣流區(qū)之間。該層厚度的主氣流區(qū)之間。該層厚度 定義定義為從速度為零的硅片表面到氣流速度為為從速度為零的硅片表面到氣流速度為0.99 Um時的區(qū)域厚時的區(qū)域厚度。度。( ) 邊界層厚度邊界層厚度（x）與距離）與距離x之間的關(guān)系可以表示為之間的關(guān)系可以表示為 其中，其中，是氣體的黏滯系數(shù)，是氣體的黏滯系數(shù)，為氣體的密度，圖為氣體的密度，圖中的虛線是氣流速度中的虛線是氣流速度U達到主氣流速度達到主氣流速度Um的的99%的的連線，也就是邊界層的邊界位置。連線，也就是邊界層的邊界位置。 設(shè)

9、設(shè)L為基座的長度，邊界層的平均厚度可以表示為為基座的長度，邊界層的平均厚度可以表示為 Re為氣體的雷諾數(shù)，是流體力學(xué)中的一個無量綱數(shù)，為氣體的雷諾數(shù)，是流體力學(xué)中的一個無量綱數(shù)，它表示流體運動中慣性效應(yīng)與黏滯效應(yīng)的比。對于較低的它表示流體運動中慣性效應(yīng)與黏滯效應(yīng)的比。對于較低的Re值（如小于值（如小于2000），氣流為平流型，即在反應(yīng)室中沿各表面），氣流為平流型，即在反應(yīng)室中沿各表面附近的氣體流速足夠慢；對于較大的附近的氣體流速足夠慢；對于較大的Re值，氣流的形式為湍值，氣流的形式為湍流。湍流在流。湍流在CVD中會引起一些特殊的問題，應(yīng)當(dāng)加以防止。中會引起一些特殊的問題，應(yīng)當(dāng)加以防止。在商用的

10、在商用的CVD反應(yīng)器中，雷諾數(shù)很低（低于反應(yīng)器中，雷諾數(shù)很低（低于100），氣流幾），氣流幾乎始終是平流。乎始終是平流。 6.1.3 Grove6.1.3 Grove模型模型(Deal-Grove)(Deal-Grove)CVDCVD過程主要受兩步工藝過程控制過程主要受兩步工藝過程控制 氣相運輸過程氣相運輸過程 表面化學(xué)反應(yīng)過程表面化學(xué)反應(yīng)過程GroveGrove模型認為控制薄膜淀積速率的兩個重要環(huán)節(jié)模型認為控制薄膜淀積速率的兩個重要環(huán)節(jié) 反應(yīng)劑在邊界層中的輸運過程反應(yīng)劑在邊界層中的輸運過程 反應(yīng)劑在襯底表面上的化學(xué)反應(yīng)過程反應(yīng)劑在襯底表面上的化學(xué)反應(yīng)過程)(1sggCChFSSCkF 2FF

11、F21sgkh gsgshkCC/1 淀積速率受表面化學(xué)反應(yīng)速率控制淀積速率受表面化學(xué)反應(yīng)速率控制 淀積速率受質(zhì)量輸運速率控制淀積速率受質(zhì)量輸運速率控制sgkh 1NFG11NChkhkNFGggsgs1sgTsgk hCGYkhNgTCYC由（由（6.9）式和（）式和（6.11）式可得到兩個重要的結(jié)式可得到兩個重要的結(jié)論論第一，淀積速率應(yīng)當(dāng)與下第一，淀積速率應(yīng)當(dāng)與下面兩個量中的一個成正面兩個量中的一個成正比：反應(yīng)劑的濃度比：反應(yīng)劑的濃度Cg；在氣相中反應(yīng)劑的；在氣相中反應(yīng)劑的摩爾百分比摩爾百分比Y。 1sgTsgk hCGYkhN11NChkhkNFGggsgs在在hg ks 的極限情況下，

12、薄膜淀積速率由下式給出，在的極限情況下，薄膜淀積速率由下式給出，在這種情況下薄膜淀積速率由質(zhì)量運輸速率控制。這種情況下薄膜淀積速率由質(zhì)量運輸速率控制。1()/()TggsGC h YN hk第二，在第二，在Cg或者或者Y為常數(shù)時薄膜淀積速率將由為常數(shù)時薄膜淀積速率將由ks和和hg中較小中較小的一個決定。在的一個決定。在ks hg的極限情況下，淀積速率由式的極限情況下，淀積速率由式1()/()TssgGC k YN kh 表面反應(yīng)速率常數(shù)表面反應(yīng)速率常數(shù)ks描述了在襯底表面化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)描述了在襯底表面化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)機制。假設(shè)表面化學(xué)反應(yīng)為熱激活，則機制。假設(shè)表面化學(xué)反應(yīng)為熱激活，則ks可表

13、示為可表示為 如果薄膜淀積速率由表面化學(xué)反應(yīng)速率控制，則淀如果薄膜淀積速率由表面化學(xué)反應(yīng)速率控制，則淀積速率對溫度非常敏感，隨溫度升高而指數(shù)升高，因為表面積速率對溫度非常敏感，隨溫度升高而指數(shù)升高，因為表面化學(xué)反應(yīng)對溫度的變化敏感。當(dāng)溫度升高到一定程度，反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)對溫度的變化敏感。當(dāng)溫度升高到一定程度，反應(yīng)速度不再變化。速度不再變化。 綜上所述高溫情況下，淀積速率通常由質(zhì)量輸送控綜上所述高溫情況下，淀積速率通常由質(zhì)量輸送控制；而在較低溫度情況下，淀積速率由表面化學(xué)反應(yīng)控制。制；而在較低溫度情況下，淀積速率由表面化學(xué)反應(yīng)控制。/0kEkTskk eRe23sLDDhggg)(1sggCChF

14、6.1小結(jié)小結(jié) Grove模型是一個簡化模型，它忽略了反應(yīng)產(chǎn)物的流速，并且認模型是一個簡化模型，它忽略了反應(yīng)產(chǎn)物的流速，并且認為反應(yīng)速度線性地依賴于表面濃度。為反應(yīng)速度線性地依賴于表面濃度。 通過通過Grove模型，我們可以對模型，我們可以對CVD過程做進一步地考慮。在受表過程做進一步地考慮。在受表面化學(xué)反應(yīng)速度控制的面化學(xué)反應(yīng)速度控制的CVD工藝中，溫度非常重要。不必嚴格工藝中，溫度非常重要。不必嚴格控制表面速度。控制表面速度。 在由質(zhì)量輸運速度控制的積淀過程中，對溫度的控制不必很嚴格在由質(zhì)量輸運速度控制的積淀過程中，對溫度的控制不必很嚴格，因為控制薄膜淀積速率的是質(zhì)量運輸過程，質(zhì)量運輸過程

15、對溫，因為控制薄膜淀積速率的是質(zhì)量運輸過程，質(zhì)量運輸過程對溫度的依賴性很小。各硅片所有位置的反應(yīng)劑濃度應(yīng)當(dāng)相等就顯得度的依賴性很小。各硅片所有位置的反應(yīng)劑濃度應(yīng)當(dāng)相等就顯得非常重要，因此在淀積過程中應(yīng)該嚴格控制到達硅片表面的反應(yīng)非常重要，因此在淀積過程中應(yīng)該嚴格控制到達硅片表面的反應(yīng)劑濃度。要想把每個硅片上都淀積相同厚度的薄膜，必須保證各劑濃度。要想把每個硅片上都淀積相同厚度的薄膜，必須保證各硅片表面有相同的反應(yīng)劑濃度。硅片表面有相同的反應(yīng)劑濃度。6.2 化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)化學(xué)氣相淀積系統(tǒng) IC制造工藝中制造工藝中CVD技術(shù)分類方法技術(shù)分類方法 淀積溫度淀積溫度 反應(yīng)室內(nèi)部壓力反應(yīng)室內(nèi)部壓力 反

16、應(yīng)室器壁的溫度反應(yīng)室器壁的溫度 淀積反應(yīng)的激活方式淀積反應(yīng)的激活方式 CVD子系統(tǒng)子系統(tǒng) 氣態(tài)源或液態(tài)源；氣態(tài)源或液態(tài)源； 氣體輸入管道；氣體輸入管道； 氣體流量控制系統(tǒng)；氣體流量控制系統(tǒng)； 反應(yīng)室；反應(yīng)室； 基座加熱及控制系統(tǒng)基座加熱及控制系統(tǒng) 溫度控制及測量系統(tǒng)等。溫度控制及測量系統(tǒng)等。 LPCVD和和PECVD系統(tǒng)還包含減壓系統(tǒng)。系統(tǒng)還包含減壓系統(tǒng)。 6.2.1 CVD的氣體源的氣體源 CVD的的氣體源氣體源氣態(tài)源氣態(tài)源液態(tài)源液態(tài)源優(yōu)點：安全性高優(yōu)點：安全性高狀態(tài)的優(yōu)狀態(tài)的優(yōu)勢勢氣壓的優(yōu)氣壓的優(yōu)勢勢液體溢出液體溢出區(qū)域優(yōu)勢區(qū)域優(yōu)勢有毒、易燃、腐蝕性強有毒、易燃、腐蝕性強 液態(tài)源的輸送方式

17、液態(tài)源的輸送方式冒泡法冒泡法加熱液態(tài)源加熱液態(tài)源液態(tài)源直接注入法液態(tài)源直接注入法 冒泡法：攜帶氣體（氮氣、氫氣冒泡法：攜帶氣體（氮氣、氫氣、氬氣）通過溫度被準(zhǔn)確控制的、氬氣）通過溫度被準(zhǔn)確控制的液態(tài)源，冒泡后將反應(yīng)劑攜帶到液態(tài)源，冒泡后將反應(yīng)劑攜帶到反應(yīng)室中，攜帶反應(yīng)劑的氣體流反應(yīng)室中，攜帶反應(yīng)劑的氣體流量是由流量計精確控制，所攜帶量是由流量計精確控制，所攜帶反應(yīng)劑的數(shù)量是由液態(tài)源的溫度反應(yīng)劑的數(shù)量是由液態(tài)源的溫度及攜帶氣體的流速等因素決定。及攜帶氣體的流速等因素決定。弊端：如果反應(yīng)劑的飽和蒸汽壓弊端：如果反應(yīng)劑的飽和蒸汽壓對溫度的變化比較敏感，就會給對溫度的變化比較敏感，就會給控制反應(yīng)劑的濃

18、度帶來困難如控制反應(yīng)劑的濃度帶來困難如果在很低氣壓下輸送反應(yīng)劑，在果在很低氣壓下輸送反應(yīng)劑，在液態(tài)源和反應(yīng)室之間，反應(yīng)劑容液態(tài)源和反應(yīng)室之間，反應(yīng)劑容易凝聚，所以從液態(tài)源到反應(yīng)室易凝聚，所以從液態(tài)源到反應(yīng)室之間的運輸管道必須加熱，防止之間的運輸管道必須加熱，防止反應(yīng)劑在管道的側(cè)壁發(fā)生凝聚。反應(yīng)劑在管道的側(cè)壁發(fā)生凝聚。 改進：一種方法為直接氣化系統(tǒng)改進：一種方法為直接氣化系統(tǒng) ；還有一種方法為液態(tài)源直接注入還有一種方法為液態(tài)源直接注入法法 。6.2.2 質(zhì)量流量控制系統(tǒng)質(zhì)量流量控制系統(tǒng)質(zhì)量流量質(zhì)量流量控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計 閥門閥門單位是：體積單位是：體積/單位時間單位時間 6.

19、2.3 CVD6.2.3 CVD反應(yīng)室的熱源反應(yīng)室的熱源 CVD CVD按反應(yīng)室器壁溫度分類按反應(yīng)室器壁溫度分類 熱壁式熱壁式CVDCVD系統(tǒng)系統(tǒng) 冷壁冷壁CVDCVD系統(tǒng)系統(tǒng) 有多種加熱方法使淀積系統(tǒng)達到所需要的溫度有多種加熱方法使淀積系統(tǒng)達到所需要的溫度 ： 第一類是電阻加熱法，利用纏繞在反應(yīng)管外側(cè)的第一類是電阻加熱法，利用纏繞在反應(yīng)管外側(cè)的電阻絲進行加熱電阻絲進行加熱 第二類是采用電感加熱或者高能輻射燈加熱第二類是采用電感加熱或者高能輻射燈加熱 wSwSTTTT 6.2.4 CVD系統(tǒng)的分類系統(tǒng)的分類 常壓化學(xué)氣相淀積（常壓化學(xué)氣相淀積（APCVD-Atmospheric pressur

20、e chemical vapor deposition ） 低壓化學(xué)氣相淀積（低壓化學(xué)氣相淀積（LPCVD） 等離子體增強化學(xué)氣相淀積（等離子體增強化學(xué)氣相淀積（PECVD-Plasma-enhanced chemical vapor deposition ） APCVDAPCVD系統(tǒng)系統(tǒng) APCVD APCVD是在大氣壓下進行淀積的系統(tǒng)，操作簡單，并是在大氣壓下進行淀積的系統(tǒng)，操作簡單，并且能夠以較高的淀積速率進行淀積，特別適于介質(zhì)薄膜且能夠以較高的淀積速率進行淀積，特別適于介質(zhì)薄膜的淀積。但的淀積。但APCVDAPCVD易于發(fā)生氣相反應(yīng)，產(chǎn)生微粒污染，而易于發(fā)生氣相反應(yīng)，產(chǎn)生微粒污染，而且

21、以硅烷為反應(yīng)劑淀積的二氧化硅薄膜，其臺階覆蓋性且以硅烷為反應(yīng)劑淀積的二氧化硅薄膜，其臺階覆蓋性和均勻性比較差。盡管和均勻性比較差。盡管APCVDAPCVD的氮化物和多晶硅的質(zhì)量比的氮化物和多晶硅的質(zhì)量比較好，但目前已經(jīng)被更好的較好，但目前已經(jīng)被更好的LPCVDLPCVD淀積所取代了，但因淀積所取代了，但因APCVDAPCVD的淀積速率可超過的淀積速率可超過100nm/min100nm/min，這種工藝對淀積厚，這種工藝對淀積厚的介質(zhì)層還是很有吸引力的。的介質(zhì)層還是很有吸引力的。 質(zhì)量輸運控制淀積速率質(zhì)量輸運控制淀積速率APCVDAPCVD系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖LPCVDLPCVD系統(tǒng)系統(tǒng) LPC

22、VD LPCVD系統(tǒng)淀積的某些薄膜，在均勻性和臺系統(tǒng)淀積的某些薄膜，在均勻性和臺階覆蓋等方面比階覆蓋等方面比APCVDAPCVD系統(tǒng)的要好，而且污染也少系統(tǒng)的要好，而且污染也少，另外，在不使用稀釋氣體的情況下，只通過降，另外，在不使用稀釋氣體的情況下，只通過降低壓強就可以降低氣相成核。在真空及中等溫度低壓強就可以降低氣相成核。在真空及中等溫度條件下，條件下，LPCVDLPCVD的淀積速率是受表面反應(yīng)控制。的淀積速率是受表面反應(yīng)控制。 LPCVD LPCVD系統(tǒng)系統(tǒng) 氣缺現(xiàn)象：是指當(dāng)氣體反應(yīng)劑被消耗而出現(xiàn)的反氣缺現(xiàn)象：是指當(dāng)氣體反應(yīng)劑被消耗而出現(xiàn)的反應(yīng)劑濃度改變的現(xiàn)象。應(yīng)劑濃度改變的現(xiàn)象。減輕氣

23、缺現(xiàn)象影響的方式：減輕氣缺現(xiàn)象影響的方式：（1 1）由于反應(yīng)速度隨著溫度的升高而加快，可通過）由于反應(yīng)速度隨著溫度的升高而加快，可通過在水平方向上逐漸提高溫度來加快反應(yīng)速度，從而在水平方向上逐漸提高溫度來加快反應(yīng)速度，從而提高了淀積速率，補償氣缺效應(yīng)的影響，減小各處提高了淀積速率，補償氣缺效應(yīng)的影響，減小各處淀積厚度的差別。然而，薄膜的質(zhì)量與淀積溫度有淀積厚度的差別。然而，薄膜的質(zhì)量與淀積溫度有極大的關(guān)系，所以這并不是一種理想的方法。極大的關(guān)系，所以這并不是一種理想的方法。（2 2）第二種減小氣缺現(xiàn)象影響的技術(shù)是，采用分布）第二種減小氣缺現(xiàn)象影響的技術(shù)是，采用分布式的氣體入口，就是反應(yīng)劑氣體通

24、過一系列氣體口式的氣體入口，就是反應(yīng)劑氣體通過一系列氣體口注入到反應(yīng)室中。注入到反應(yīng)室中。（3 3）最后一種解決氣缺現(xiàn)象的方法是增加反應(yīng)室中）最后一種解決氣缺現(xiàn)象的方法是增加反應(yīng)室中的氣流速度。的氣流速度。 LPCVD系統(tǒng)系統(tǒng) 缺點：相對低的淀積速率、相對高的工作溫度缺點：相對低的淀積速率、相對高的工作溫度PECVDPECVD系統(tǒng)系統(tǒng) PECVDPECVD是按反應(yīng)激活能分類的，淀積溫是按反應(yīng)激活能分類的，淀積溫度比度比APCVDAPCVD和和LPCVDLPCVD低，同時具有更高的低，同時具有更高的淀積速率。附著性好，低針孔密度，良淀積速率。附著性好，低針孔密度，良好的階梯覆蓋，良好的電學(xué)特性，

25、與精好的階梯覆蓋，良好的電學(xué)特性，與精細圖形轉(zhuǎn)移工藝兼容。細圖形轉(zhuǎn)移工藝兼容。6.3 CVD多晶硅的特性和淀積方多晶硅的特性和淀積方法法多晶硅薄膜的在集成電路制造中的應(yīng)用多晶硅薄膜的在集成電路制造中的應(yīng)用 多晶硅柵多晶硅柵 互聯(lián)引線互聯(lián)引線 多層多晶硅技術(shù)（可以熱生長或淀積氧化層實現(xiàn)層與層之多層多晶硅技術(shù)（可以熱生長或淀積氧化層實現(xiàn)層與層之間電學(xué)隔離）間電學(xué)隔離） 淀積難熔金屬硅化物形成較低電阻的薄層互聯(lián)淀積難熔金屬硅化物形成較低電阻的薄層互聯(lián) 制作發(fā)射極制作發(fā)射極 高值負載電阻高值負載電阻 填充介質(zhì)隔離的溝槽填充介質(zhì)隔離的溝槽6.3 CVD多晶硅的特性和淀積方多晶硅的特性和淀積方法法 6.3

26、.1 多晶硅薄膜的性質(zhì)多晶硅薄膜的性質(zhì) 多晶硅的物理結(jié)構(gòu)多晶硅的物理結(jié)構(gòu) 多晶硅薄膜是由小單晶（大約是多晶硅薄膜是由小單晶（大約是100nm量級）的晶粒組量級）的晶粒組成，因此存在大量的晶粒間界，并且這個晶粒間界是一個成，因此存在大量的晶粒間界，并且這個晶粒間界是一個具有具有高密度缺陷和懸掛鍵的區(qū)域高密度缺陷和懸掛鍵的區(qū)域，它使多晶硅具有兩個重，它使多晶硅具有兩個重要特性，這兩個特性對要特性，這兩個特性對雜質(zhì)擴散及雜質(zhì)分布產(chǎn)生雜質(zhì)擴散及雜質(zhì)分布產(chǎn)生重要影響重要影響， 也就是說，也就是說， 在晶粒間界處的擴散系數(shù)明顯高于晶粒內(nèi)部在晶粒間界處的擴散系數(shù)明顯高于晶粒內(nèi)部的擴散系數(shù)，雜質(zhì)沿晶粒間界的擴

27、散速度比在晶粒內(nèi)部的的擴散系數(shù)，雜質(zhì)沿晶粒間界的擴散速度比在晶粒內(nèi)部的擴散速度要快得多。高溫時存在于晶粒中的雜質(zhì)由于分凝擴散速度要快得多。高溫時存在于晶粒中的雜質(zhì)由于分凝作用低溫時雜質(zhì)會運動到晶粒間界。作用低溫時雜質(zhì)會運動到晶粒間界。 多晶硅的電學(xué)特性多晶硅的電學(xué)特性 多晶硅的電阻率比單晶硅的電阻率高得多，這主要是多晶硅的電阻率比單晶硅的電阻率高得多，這主要是由兩個方面引起的：由兩個方面引起的： 在熱處理過程中，一些在熱處理過程中，一些摻雜原子跑摻雜原子跑到晶粒間界處到晶粒間界處（例如，（例如，As和和P；但是；但是B不會發(fā)生這種現(xiàn)象）不會發(fā)生這種現(xiàn)象），而這些間界處的摻雜原子不能有效地貢獻自

28、由載流子，而這些間界處的摻雜原子不能有效地貢獻自由載流子，而晶粒內(nèi)的摻雜濃度降低了，因此同單晶硅相比，摻雜濃而晶粒內(nèi)的摻雜濃度降低了，因此同單晶硅相比，摻雜濃度雖然相同，但多晶硅的電阻率比單晶硅的電阻率高得多度雖然相同，但多晶硅的電阻率比單晶硅的電阻率高得多；晶粒間界處含有；晶粒間界處含有大量的懸掛鍵，這些懸掛鍵可以俘獲大量的懸掛鍵，這些懸掛鍵可以俘獲自由載流子，因此降低了自由載流子的濃度自由載流子，因此降低了自由載流子的濃度，同時晶粒間，同時晶粒間界俘獲電荷使得鄰近的晶粒耗盡，并且引起多晶硅內(nèi)部電界俘獲電荷使得鄰近的晶粒耗盡，并且引起多晶硅內(nèi)部電勢的變化。晶粒間界電勢的變化對載流子的遷移非常

29、不利勢的變化。晶粒間界電勢的變化對載流子的遷移非常不利，同時也使電阻率增大。晶粒間界大約為，同時也使電阻率增大。晶粒間界大約為0.51.0nm寬寬，可以模型化為獨立的、帶寬增大的一個非晶區(qū)。，可以模型化為獨立的、帶寬增大的一個非晶區(qū)。多晶硅多晶硅摻雜濃度和晶粒尺寸對電阻的影響摻雜濃度和晶粒尺寸對電阻的影響 6.3.2 化學(xué)氣相淀積多晶硅 多晶硅薄膜的淀積，通常主要是采用LPCVD工藝，在580-650下熱分解硅烷實現(xiàn)的。LPCVD技術(shù)淀積的薄膜具有均勻性好、高純度、經(jīng)濟等優(yōu)點。一般是在低壓、熱壁式反應(yīng)室進行。SiH4(吸附)=SiH2(吸附)+H2(氣)SiH2(吸附)=Si (固)+H2(氣

30、)SiH4(吸附)=Si (固)+2H2(氣)SiH4在氣相中可以分解，將影響薄膜質(zhì)量，加入稀釋氣體(H2)可以有效抑制氣相分解反應(yīng)進行。為解決氣缺現(xiàn)象設(shè)定一個溫度梯度，更好的方法是采用分布式入口。 6.3.3 6.3.3 淀積條件對多晶硅結(jié)構(gòu)及淀積速率的影響淀積條件對多晶硅結(jié)構(gòu)及淀積速率的影響 多晶硅的結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)和特性依賴于淀積溫度、壓力、摻多晶硅的結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)和特性依賴于淀積溫度、壓力、摻雜類型、濃度以及隨后的熱處理過程。在溫度低于雜類型、濃度以及隨后的熱處理過程。在溫度低于580580時時淀積的薄膜基本上是非晶態(tài)。在高于淀積的薄膜基本上是非晶態(tài)。在高于580580時淀積的薄膜基時淀

31、積的薄膜基本是多晶的，其晶向優(yōu)先方向是：本是多晶的，其晶向優(yōu)先方向是：625625左右，左右，晶向的晶向的晶粒占主導(dǎo)；在晶粒占主導(dǎo)；在675675左右，左右，晶向的晶粒占主導(dǎo)；更高晶向的晶粒占主導(dǎo)；更高溫度下，溫度下，晶向的晶粒占主導(dǎo)。晶粒的平均尺寸隨著薄晶向的晶粒占主導(dǎo)。晶粒的平均尺寸隨著薄膜的厚度指數(shù)增加。膜的厚度指數(shù)增加。6.3.4多晶硅的摻雜技術(shù)多晶硅的擴散摻雜多晶硅的離子注入摻雜 多晶硅的原位摻雜 擴散在高溫下，可摻入超過固溶度的雜質(zhì)，較低的電阻，摻雜和退火同時，溫度高薄膜粗糙度增加。離子注入加退火，可精確控制雜質(zhì)總量及深度，RTP避免雜質(zhì)重新分布。6.3.4多晶硅的摻雜技術(shù)多晶硅的

32、原位摻雜 原位摻雜是指雜質(zhì)原子在薄膜淀積的同時被結(jié)合原位摻雜是指雜質(zhì)原子在薄膜淀積的同時被結(jié)合到薄膜中，一步完成薄膜淀積和對薄膜的摻雜。到薄膜中，一步完成薄膜淀積和對薄膜的摻雜。比較簡單，但薄膜厚度的控制、摻雜均勻以及淀比較簡單，但薄膜厚度的控制、摻雜均勻以及淀積速率變得復(fù)雜。退火時雜質(zhì)逸散。積速率變得復(fù)雜。退火時雜質(zhì)逸散。6.4 CVD6.4 CVD二氧化硅的特性和淀積方法二氧化硅的特性和淀積方法化學(xué)氣相淀積的二氧化硅薄膜在化學(xué)氣相淀積的二氧化硅薄膜在ULSIULSI中的應(yīng)用中的應(yīng)用: : 多晶硅與金屬層之間的絕緣層多晶硅與金屬層之間的絕緣層 多層布線中金屬層之間的絕緣層多層布線中金屬層之間

33、的絕緣層 MOSMOS晶體管的柵極介質(zhì)層晶體管的柵極介質(zhì)層 吸雜劑吸雜劑 擴散源擴散源 擴散和離子注入工藝中的掩膜擴散和離子注入工藝中的掩膜 防止防止雜質(zhì)外擴的覆蓋層以及鈍化層雜質(zhì)外擴的覆蓋層以及鈍化層ULSI工藝對二氧化硅薄膜的特性要求工藝對二氧化硅薄膜的特性要求 厚度均勻厚度均勻 結(jié)構(gòu)性能好結(jié)構(gòu)性能好 粒子和化學(xué)玷污要低粒子和化學(xué)玷污要低 與襯底之間有良好的黏附性與襯底之間有良好的黏附性 具有較小的應(yīng)力以防止碎裂具有較小的應(yīng)力以防止碎裂 完整性要好以獲得較高的介質(zhì)擊穿電壓完整性要好以獲得較高的介質(zhì)擊穿電壓 較好的臺階覆蓋以滿足多層互連的要求較好的臺階覆蓋以滿足多層互連的要求 針孔密度要低針

34、孔密度要低 較低的較低的K值以獲得高性能器件值以獲得高性能器件 較高的產(chǎn)量較高的產(chǎn)量CVD二氧化硅的物理性質(zhì)二氧化硅的物理性質(zhì) Si-O四面體組成的無定型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)四面體組成的無定型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) CVD二氧化硅密度小于熱生長二氧化硅密度二氧化硅密度小于熱生長二氧化硅密度 硅與氧數(shù)量之比與熱生長二氧化硅有輕微差別硅與氧數(shù)量之比與熱生長二氧化硅有輕微差別 CVD二氧化硅薄膜的力學(xué)電學(xué)特性與熱生長二氧化硅二氧化硅薄膜的力學(xué)電學(xué)特性與熱生長二氧化硅不同不同 折射系數(shù)折射系數(shù)n與熱生長二氧化硅薄膜的折射系數(shù)與熱生長二氧化硅薄膜的折射系數(shù)1.46的的偏差作為衡量偏差作為衡量CVD二氧化硅薄膜質(zhì)量的一個指標(biāo)二氧化

35、硅薄膜質(zhì)量的一個指標(biāo)6.4.1 CVD二氧化硅的方法二氧化硅的方法 CVD二氧化硅的重要淀積參數(shù)：溫度、壓力、反二氧化硅的重要淀積參數(shù)：溫度、壓力、反應(yīng)劑的濃度、摻雜劑的壓力、系統(tǒng)的配置、總的應(yīng)劑的濃度、摻雜劑的壓力、系統(tǒng)的配置、總的氣體流量以及硅片間距等。氣體流量以及硅片間距等。 CVD二氧化硅按溫度分兩大類：二氧化硅按溫度分兩大類： 2222 SiOCVDSiOTEOSSiOLPCVDSiO硅烷為源的低溫CVD低溫為源的低溫PECVD中溫硅烷為源的低溫CVD SiO2 低溫條件下，在低溫條件下，在APCVD、反應(yīng)劑分布式輸入型的、反應(yīng)劑分布式輸入型的LPCVD 、PECVD系統(tǒng)中，均可通過

36、硅烷和氧氣反應(yīng)系統(tǒng)中，均可通過硅烷和氧氣反應(yīng)淀積二氧化硅薄膜。化學(xué)反應(yīng)式如下：淀積二氧化硅薄膜。化學(xué)反應(yīng)式如下：SiH4(氣氣) +O2(氣氣) SiO2(固固)+2H2(氣氣)低溫條件下，在低溫條件下，在PECVD系統(tǒng)中，也可通過硅烷和系統(tǒng)中，也可通過硅烷和N2O(或者或者NO)反應(yīng)淀積二氧化硅薄膜。反應(yīng)溫度在反應(yīng)淀積二氧化硅薄膜。反應(yīng)溫度在200400之間。化學(xué)反應(yīng)式如下：之間。化學(xué)反應(yīng)式如下：SiH4(氣氣) +2N2O (氣氣) SiO2(固固)+2N2+2H2(氣氣)SiH4與與N2O反應(yīng)反應(yīng)PECVD參數(shù)對參數(shù)對SiO2性能的影響性能的影響 在SiO2淀積過程中，將PH3加入到反應(yīng)

37、氣體中，則在淀積的SiO2薄膜中就含有P2O5，這種含有P2O5的二氧化硅被稱為磷硅玻璃（PSG）。4PH3(氣氣) +5O2(氣氣) 2P2O5(固固)+6H2(氣氣)TEOS為源的低溫PECVD SiO2 采用硅烷為反應(yīng)劑淀積二氧化硅時存在安全隱患，因采用硅烷為反應(yīng)劑淀積二氧化硅時存在安全隱患，因此工業(yè)界尋找更安全的替代品，正硅酸四乙酯此工業(yè)界尋找更安全的替代品，正硅酸四乙酯Si(OC2H5)4也稱為也稱為TEOS，在室溫下是液體，化學(xué)性，在室溫下是液體，化學(xué)性能不活潑。氣體氮以冒泡形式通過液體的能不活潑。氣體氮以冒泡形式通過液體的TEOS源，源，攜帶攜帶TEOS的蒸氣進入反應(yīng)室，在一定的

38、溫度下的蒸氣進入反應(yīng)室，在一定的溫度下TEOS分解形成二氧化硅。分解形成二氧化硅。 以以TEOS為反應(yīng)劑的為反應(yīng)劑的PECVD的二氧化硅比硅烷為源的臺階的二氧化硅比硅烷為源的臺階覆蓋和間隙填充更好。其淀積溫度在覆蓋和間隙填充更好。其淀積溫度在250425之間、之間、氣壓為氣壓為266.61333Pa,淀積速率在淀積速率在250800nm/min之間、二氧化硅中氫的濃度大約為之間、二氧化硅中氫的濃度大約為2%9%。反應(yīng)式如下：。反應(yīng)式如下：Si(OC2H5)4+O2(氣氣) SiO2(固固)+副產(chǎn)物副產(chǎn)物 可以對二氧化硅薄膜進行磞和磷的摻雜。加入硼酸三甲酯可以對二氧化硅薄膜進行磞和磷的摻雜。加入

39、硼酸三甲酯（TMB）和磷酸三甲酯（）和磷酸三甲酯（TMP） 優(yōu)點：優(yōu)點： 、同低溫下與以硅烷為源進行同低溫下與以硅烷為源進行APCVD所淀積所淀積 的的 SiO2相比，其薄膜具有更好的臺階覆蓋和間隙填充相比，其薄膜具有更好的臺階覆蓋和間隙填充特性。特性。 、 在淀積速率相同情況下，淀積溫度可以相對降低。在淀積速率相同情況下，淀積溫度可以相對降低。中溫中溫LPCVD SiO2 TEOS替代替代SiH4除了安全以外，在中等溫度下，使用除了安全以外，在中等溫度下，使用TEOS淀積的二氧化硅薄膜有更好的保形性。在淀積的二氧化硅薄膜有更好的保形性。在LPCVD管狀熱壁反應(yīng)室中，淀積溫度控制在管狀熱壁反應(yīng)

40、室中，淀積溫度控制在680730范圍范圍內(nèi)，利用內(nèi)，利用TEOS淀積未摻雜的二氧化硅薄膜，可以得到大淀積未摻雜的二氧化硅薄膜，可以得到大約為約為25nm/min的淀積速率，這足以滿足的淀積速率，這足以滿足IC生產(chǎn)的要求生產(chǎn)的要求。化學(xué)反應(yīng)式如下：。化學(xué)反應(yīng)式如下： Si(OC2H5)4 SiO2+4C2H4+2H2OTEOS CVD的淀積速率與那些因素有關(guān)的淀積速率與那些因素有關(guān) 在在650800 的溫度范圍內(nèi)，淀積速率隨著溫度升的溫度范圍內(nèi)，淀積速率隨著溫度升高而指數(shù)增加。高而指數(shù)增加。 與與TEOS的分壓有關(guān)，在較低的分壓時，二者成線性的分壓有關(guān)，在較低的分壓時，二者成線性關(guān)系；當(dāng)吸附在表

41、面的關(guān)系；當(dāng)吸附在表面的TEOS飽和時，淀積速率開始飽和時，淀積速率開始趨向飽和趨向飽和TEOS淀積過程中注意事項淀積過程中注意事項 TEOS中有四個氧原子，在一定溫度下即使沒有其他中有四個氧原子，在一定溫度下即使沒有其他氧氣供給時，通過分解也能淀積形成氧氣供給時，通過分解也能淀積形成SiO2，但由于，但由于TEOS中含有中含有C和和H，氧可以與它們發(fā)生反應(yīng)，降低氧，氧可以與它們發(fā)生反應(yīng)，降低氧的數(shù)量，從而降低了薄膜的質(zhì)量，因此用的數(shù)量，從而降低了薄膜的質(zhì)量，因此用TEOS為反為反應(yīng)劑淀積二氧化硅薄膜時，應(yīng)該加入足夠量的氧。同應(yīng)劑淀積二氧化硅薄膜時，應(yīng)該加入足夠量的氧。同時氧氣也能改變淀積的二

42、氧化硅薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。時氧氣也能改變淀積的二氧化硅薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。TEOS與臭氧混合源的二氧化硅淀積與臭氧混合源的二氧化硅淀積 在在APCVD工藝過程中，在低于工藝過程中，在低于500 時即使在時即使在TEOS中中加入足夠量的氧，淀積速率也不會得到顯著提高。而在加入足夠量的氧，淀積速率也不會得到顯著提高。而在TEOS中加入臭氧做為反應(yīng)劑通過中加入臭氧做為反應(yīng)劑通過APCVD淀積淀積SiO2，可以，可以得到很高的淀積速率。這種薄膜具有非常好的保形性，可得到很高的淀積速率。這種薄膜具有非常好的保形性，可以很好的填充溝槽以及金屬線之間的間隙。以很好的填充溝槽以及金屬線之間的間隙。 存在的問題（及相應(yīng)

43、解決辦法）存在的問題（及相應(yīng)解決辦法）.淀積速率依賴于薄膜淀積的表面材料。（在淀積速率依賴于薄膜淀積的表面材料。（在TEOS/O3淀積淀積之前，先用之前，先用PECVD方法先淀積一層薄的二氧化硅層。）方法先淀積一層薄的二氧化硅層。）.TEOS/O3淀積的氧化層中含有一些淀積的氧化層中含有一些Si-OH鍵，若暴露在空鍵，若暴露在空氣中，它就比氣中，它就比PECVD的二氧化硅層更容易吸收水汽。由此的二氧化硅層更容易吸收水汽。由此，薄膜的機械應(yīng)力也會發(fā)生變化。（，薄膜的機械應(yīng)力也會發(fā)生變化。（ 在在TEOS/O3淀積的淀積的氧化層上面再用氧化層上面再用PECVD方法淀積一層二氧化硅作為保護層方法淀積

44、一層二氧化硅作為保護層。 ）6.4.2 CVDSiO2薄膜的臺階覆蓋薄膜的臺階覆蓋保形覆蓋：是指無論襯底表面有什么樣的傾斜圖保形覆蓋：是指無論襯底表面有什么樣的傾斜圖形，在所有圖形的上面都能淀積有相同厚度的薄形，在所有圖形的上面都能淀積有相同厚度的薄膜，這種淀積就稱為保形覆蓋。膜，這種淀積就稱為保形覆蓋。 在質(zhì)量輸運控制的淀積過程中，襯底表面上任何一在質(zhì)量輸運控制的淀積過程中，襯底表面上任何一點所淀積的薄膜厚度取決于到達該點的反應(yīng)劑的數(shù)量，點所淀積的薄膜厚度取決于到達該點的反應(yīng)劑的數(shù)量，這是由工藝過程中的壓力和吸附原子的遷移情況所決定這是由工藝過程中的壓力和吸附原子的遷移情況所決定的。吸附原子

45、的遷移率依賴于原子的種類和數(shù)量，較高的。吸附原子的遷移率依賴于原子的種類和數(shù)量，較高的襯底溫度以及離子對吸附原子的轟擊都能加強吸附原的襯底溫度以及離子對吸附原子的轟擊都能加強吸附原子的遷移能力。如果在高溫下，子的遷移能力。如果在高溫下，LPCVD的多晶硅和氮化的多晶硅和氮化硅，則淀積的薄膜就會有較好的臺階覆蓋。在低溫硅，則淀積的薄膜就會有較好的臺階覆蓋。在低溫APCVD中，非保形的臺階覆蓋一般比較常見。中，非保形的臺階覆蓋一般比較常見。“到達角到達角”討論臺階覆蓋模型討論臺階覆蓋模型 在一個二維空間中，對表面任何一點來說，從在一個二維空間中，對表面任何一點來說，從至至 +d 角度內(nèi)到達該點的反

46、應(yīng)劑數(shù)量為角度內(nèi)到達該點的反應(yīng)劑數(shù)量為P() d() ，總量是所有角度積分。總量是所有角度積分。如果反應(yīng)劑分子平均自由程很長（如果反應(yīng)劑分子平均自由程很長（LPCVD、真空蒸發(fā)或濺射），而且在襯底上的遷移能真空蒸發(fā)或濺射），而且在襯底上的遷移能力又很低的情況下，將發(fā)生遮蔽效應(yīng)。力又很低的情況下，將發(fā)生遮蔽效應(yīng)。反應(yīng)室的類型和淀積環(huán)境，直接關(guān)系到反應(yīng)劑的平均自由程、再反應(yīng)室的類型和淀積環(huán)境，直接關(guān)系到反應(yīng)劑的平均自由程、再發(fā)射和遷移能力，進而關(guān)系到臺階覆蓋情況。反應(yīng)系統(tǒng)的工作氣發(fā)射和遷移能力，進而關(guān)系到臺階覆蓋情況。反應(yīng)系統(tǒng)的工作氣壓決定著氣體的平均自由程，而被吸附原子的遷移和再發(fā)射能力壓決定著

47、氣體的平均自由程，而被吸附原子的遷移和再發(fā)射能力受襯底溫度和能量傳輸機制的影響。如受襯底溫度和能量傳輸機制的影響。如TEOS有很高的再發(fā)射率有很高的再發(fā)射率，所以保形覆蓋。，所以保形覆蓋。PECVD過程中反應(yīng)物高速到達襯底，提高了吸過程中反應(yīng)物高速到達襯底，提高了吸附原子的遷移能力。附原子的遷移能力。 所以所以PECVD比比APCVD有更好的臺階覆蓋效有更好的臺階覆蓋效果。果。6.4.3 CVD摻雜摻雜SiO2 在低溫下通過硅烷熱分解法很容易淀積未摻雜和摻雜的在低溫下通過硅烷熱分解法很容易淀積未摻雜和摻雜的二氧化硅薄膜，而對以二氧化硅薄膜，而對以TEOS為源淀積的二氧化硅薄膜進為源淀積的二氧化

48、硅薄膜進行摻雜則有些困難。行摻雜則有些困難。 就磷硅玻璃（就磷硅玻璃（PSG）和硼磷硅玻璃（）和硼磷硅玻璃（BPSG）進行介紹）進行介紹。磷硅玻璃（PSG） 在淀積二氧化硅的氣體中同時摻入PH3,就可形成磷硅玻璃（PSG PSG中包含P2O5和SiO2兩種成份，是一種二元玻璃網(wǎng)絡(luò)體，與非摻雜SiO2性質(zhì)有很大不同。 APCVD PSG 與未摻雜CVD SiO2相比，有較小的應(yīng)力，階梯覆蓋也有所改善。 PSG對水汽的阻擋能力不強，但可以吸收堿性離子。PSG在高磷情況下，具有很強的吸潮性，所以氧化層中的磷最好限制在6-8wt%，減少磷酸的形成，從而減少對其下方鋁的腐蝕。 PSG在高溫下可以流動，這

49、樣可以使隨后淀積的薄膜有更好的臺階覆蓋。 PSG高溫平坦化工藝的溫度控制在10001100，壓力控制在1.013251052.533125106Pa，在O2、N2等氣體環(huán)境中進行的。可使尖角變得圓滑。表面坡角減小的程度能夠反映出PSG流動的程度，如圖6.20所示，提高溫度增加高溫處理時間或者氧化層中磷的濃度都會增加薄膜的流動。當(dāng)PSG中磷的濃度低于6wt%時，流動性變得很差。硼磷硅玻璃（BPSG）在淀積磷硅酸玻璃的反應(yīng)氣體中摻入硼源（例如B2H6），可以形成三元氧化薄膜系統(tǒng)（B2O3-P2O5-SiO2），即硼磷硅玻璃（BPSG），在850 下可以實現(xiàn)玻璃回流平坦化，這個溫度比PSG回流需要的

50、溫度要低150250 ，同時也降低了淺結(jié)中的雜質(zhì)擴散。廣泛用于金屬淀積前的絕緣層，DRAM中的絕緣介質(zhì)以及金屬之間的絕緣層硼磷硅玻璃（BPSG）BPSGBPSG的流動性取決于薄膜的組分、工藝溫度、時間以及的流動性取決于薄膜的組分、工藝溫度、時間以及環(huán)境氣氛。實驗表明，在環(huán)境氣氛。實驗表明，在LPCVDLPCVD系統(tǒng)中回流所需溫度和薄系統(tǒng)中回流所需溫度和薄膜穩(wěn)定性與膜穩(wěn)定性與BPSGBPSG中摻雜濃度有關(guān)。在中摻雜濃度有關(guān)。在BPSGBPSG中硼的濃度增中硼的濃度增大大1%1%，所需回流溫度降低大約，所需回流溫度降低大約40 40 。但當(dāng)磷的濃度達到。但當(dāng)磷的濃度達到5wt%5wt%之后，即使再

51、增加磷的濃度也不會降低之后，即使再增加磷的濃度也不會降低BPSGBPSG回流所回流所需溫度，同時薄膜中形成硼酸根及磷酸根的晶粒沉淀，需溫度，同時薄膜中形成硼酸根及磷酸根的晶粒沉淀，BPSGBPSG就會很容易吸潮，因而變得非常不穩(wěn)定，還會導(dǎo)致就會很容易吸潮，因而變得非常不穩(wěn)定，還會導(dǎo)致在回流過程中生成難溶性的在回流過程中生成難溶性的BPOBPO4 4。 BPSG可以吸收堿性離子，薄膜有較小的張力，同時可以吸收堿性離子，薄膜有較小的張力，同時還可以用來作為絕緣層，鈍化層，以及表面平坦化之還可以用來作為絕緣層，鈍化層，以及表面平坦化之外，在外，在“接觸回流接觸回流”中比中比PSG更合適。更合適。 B

52、PSG中的雜質(zhì)會向硅襯底中擴散，其中主要是磷的中的雜質(zhì)會向硅襯底中擴散，其中主要是磷的擴散，而且在硼的濃度比較大的時候，磷的擴散更為擴散，而且在硼的濃度比較大的時候，磷的擴散更為明顯。明顯。 BPSG的化學(xué)組分可以通過以下幾種技術(shù)來測定： 濕化學(xué)比色法 X射線光電子光譜法 緩沖HF溶液中的薄膜刻蝕速率法 紅外光譜的傅立葉變換6.5 CVD氮化硅的特性及淀積方法氮化硅的特性及淀積方法氮化硅薄膜在氮化硅薄膜在ULSI中的主要應(yīng)用：中的主要應(yīng)用：（1）集成電路的最終鈍化層和機械保護層）集成電路的最終鈍化層和機械保護層（2）硅選擇性氧化的掩蔽膜）硅選擇性氧化的掩蔽膜（3）DRAM電容中作為電容中作為O

53、-N-O疊層介質(zhì)中的疊層介質(zhì)中的一種絕緣材料一種絕緣材料（4）作為）作為MOSFETs的側(cè)墻的側(cè)墻（5）作為淺溝隔離的）作為淺溝隔離的CMP停止層停止層氮化硅作為鈍化層特性：氮化硅作為鈍化層特性：（1）對于擴散來說，它具有非常強的遮蔽能力）對于擴散來說，它具有非常強的遮蔽能力，尤其是鈉和水汽在氮化硅中的擴散速度非常，尤其是鈉和水汽在氮化硅中的擴散速度非常的慢，可用于選擇性氧化的慢，可用于選擇性氧化（2）通過）通過PECVD可以制備出具有較低壓應(yīng)力可以制備出具有較低壓應(yīng)力的氮化硅薄膜的氮化硅薄膜（3）可以對底層金屬實現(xiàn)保形覆蓋）可以對底層金屬實現(xiàn)保形覆蓋（4）薄膜中的針孔很少）薄膜中的針孔很少L

54、PCVD氮化硅薄膜制備（700-800 ） (1)公式：3SiH2Cl2(氣氣) +4NH3Si3N4+6HCl(氣氣)+6H2(氣氣)(2)影響LPCVD氮化硅質(zhì)量的因素： 溫度 總氣壓 反應(yīng)劑比例 反應(yīng)室內(nèi)的溫度梯度PECVD氮化硅薄膜制備：（200-400 ）（1）公式：SiH4(氣氣) +NH3(或或N2)(氣氣)SixNyHz(固固)+H2(氣氣)（2）淀積溫度對PECVD氮化硅參數(shù)的影響（3）PECVD氮化硅薄膜的淀積速率、質(zhì)量密度、化學(xué)配氮化硅薄膜的淀積速率、質(zhì)量密度、化學(xué)配比比CVD淀積反應(yīng)總結(jié)6.6 金屬的化學(xué)氣相淀積金屬的化學(xué)氣相淀積6.6.1 鎢的化學(xué)氣相淀積鎢的化學(xué)氣相

55、淀積鎢的主要用途鎢的主要用途 作為填充（鎢插塞）作為填充（鎢插塞） CVD鎢也被用作局部互連材料鎢也被用作局部互連材料CVD鎢作為廣泛互連難熔金屬優(yōu)勢：鎢作為廣泛互連難熔金屬優(yōu)勢： 它比它比Ti和和Ta的體電阻率小，和的體電阻率小，和Mo的電阻率差不多。的電阻率差不多。 它表現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性。熔點最高。它表現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性。熔點最高。 它具有較低的應(yīng)力、有很好的保形臺階覆蓋能力并且它具有較低的應(yīng)力、有很好的保形臺階覆蓋能力并且熱擴散系數(shù)和硅非常相近。熱擴散系數(shù)和硅非常相近。 有很強的抗電遷移能力和抗腐蝕的性能。有很強的抗電遷移能力和抗腐蝕的性能。劣勢：劣勢： 鎢的電阻雖然只有重摻雜多晶硅的

56、鎢的電阻雖然只有重摻雜多晶硅的1/200，而仍然比鋁合金薄膜的電阻率高一倍而仍然比鋁合金薄膜的電阻率高一倍 鎢薄膜在氧化物和氮化物上面的附著性比較差鎢薄膜在氧化物和氮化物上面的附著性比較差 當(dāng)溫度超過當(dāng)溫度超過400時鎢會氧化時鎢會氧化 如果鎢與硅接觸在溫度高于如果鎢與硅接觸在溫度高于600 時，會形時，會形成鎢的硅化物成鎢的硅化物CVD W的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)（WF6、WCl6、W(CO)6）2WF6(氣氣) +3Si(固固)2W(固固)+3SiF4(氣氣) (選擇選擇)WF6(氣氣) +3H2(氣氣)W(固固)+6HF (氣氣)(選擇、非選擇選擇、非選擇)2WF6(氣氣) +3SiH4(氣氣)2W(固固)+3SiF4(氣氣)+6H2(氣氣)(提供成核層提供成核層)覆蓋式化學(xué)氣相淀積鎢與回刻覆蓋式化學(xué)氣相淀積鎢與回刻不采