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    電化學氣相沉積(CVD)是半導體工業中應用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術,包括大範圍的絕緣材料,大多數金屬材料和金屬合金材料。從理論上來說,它是很簡單的:兩種或兩種以上的氣態原材料匯入到一個反應室內,然後他們相互之間發生化學反應,形成一種新的材料,沉積到晶片表面上。澱積氮化矽膜(Si3N4)就是一個很好的例子,它是由矽烷和氮反應形成的。

    然而,實際上, 反應室中的反應是很複雜的,有很多必須考慮的因素,沉積引數的變化範圍是很寬的:反應室內的壓力、晶片的溫度、氣體的流動速率、氣體透過晶片的路程(如圖所示)、氣體的化學成份、一種氣體相對於另一種氣體的比率、反應的中間產品起的作用、以及是否需要其它反應室外的外部能量來源加速或誘發想得到的反應等。額外能量來源諸如等離子體能量,當然會產生一整套新變數,如離子與中性氣流的比率,離子能和晶片上的射頻偏壓等。

    然後,考慮沉積薄膜中的變數:如在整個晶片內厚度的均勻性和在圖形上的覆蓋特性(後者指跨圖形臺階的覆蓋),薄膜的化學配比(化學成份和分佈狀態),結晶晶向和缺陷密度等。當然,沉積速率也是一個重要的因素,因為它決定著反應室的產出量,高的沉積速率常常要和薄膜的高質量折中考慮。反應生成的膜不僅會沉積在晶片上,也會沉積在反應室的其他部件上,對反應室進行清洗的次數和徹底程度也是很重要的。

    化學家和物理學家花了很多時間來考慮怎樣才能得到高質量的沉積薄膜。他們已得到的結論認為:在晶片表面的化學反應首先應是形成“成核點”,然後從這些“成核點”處生長得到薄膜,這樣澱積出來的薄膜質量較好。另一種結論認為,在反應室內的某處形成反應的中間產物,這一中間產物滴落在晶片上後再從這一中間產物上澱積成薄膜,這種薄膜常常是一種劣質薄膜。

    CVD技術常常透過反應型別或者壓力來分類,包括低壓CVD(LPCVD),常壓CVD(APCVD),亞常壓CVD(SACVD),超高真空CVD(UHCVD),等離子體增強CVD(PECVD),高密度等離子體CVD(HDPCVD)以及快熱CVD(RTCVD)。然後,還有金屬有機物CVD(MOCVD),根據金屬源的自特性來保證它的分類,這些金屬的典型狀態是液態,在匯入容器之前必須先將它氣化。不過,容易引起混淆的是,有些人會把MOCVD認為是有機金屬CVD(OMCVD)。

    過去,對LPCVD和APCVD最常使用的反應室是一個簡單的管式爐結構,即使在今天,管式爐也還被廣泛地應用於沉積諸如Si3N4 和二氧化矽之類的基礎薄膜(氧氣中有矽元素存在將會最終形成為高質量的SiO2,但這會大量消耗矽元素;透過矽烷和氧氣反應也可能沉積出SiO2 -兩種方法均可以在管式爐中進行)。

    而且,最近,單片澱積工藝推動並導致產生了新的CVD反應室結構。這些新的結構中絕大多數都使用了等離子體,其中一部分是為了加快反應過程,也有一些系統外加一個按鈕,以控制澱積膜的質量。在PECVD和HDPCVD系統中有些方面還特別令人感興趣是透過調節能量,偏壓以及其它引數,可以同時有沉積和蝕刻反應的功能。透過調整澱積:蝕刻比率,有可能得到一個很好的縫隙填充工藝。

    對許多金屬和金屬合金一個有趣的爭論就是,他們是透過物理氣相沉積(PVD)還是透過化學氣相沉積(CVD)能得到最好的沉積效果。儘管CVD比PVD有更好的臺階覆蓋特性,但目前諸如銅的子晶層和鉭氮擴散層薄膜都是透過PVD來沉積的,因為現有的大量裝置都是基於PVD系統的,工程技術人員對PVD方法也有較高的熟練程度。一些人建議,既然臺階覆蓋特性越來越重要(尤其是在通孔邊牆覆蓋),CVD方法將成為必不可少的技術。相似的爭論也存在於產生低k值介質材料方面:是使用CVD方法好還是採用旋塗工藝好?

    在化學氣相沉積中,決定晶圓間薄膜均勻性的重要引數之一是晶圓間的氣體是如何流動的。上圖所示是Novellus概念下Three ALTUS系統中,一個晶圓及其基座上的SiH4集中度和鎢沉積率的典型路徑圖。

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