《半导体工艺原理》课程教学课件（PPT讲稿）第10章 化学气相沉积与电介质薄膜

化学气相沉积与介电质薄膜 Hong Xiao,Ph.D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 1 化学气相沉积与介电质薄膜

CVD氧化层Vs.加热成长的氧化层 SiO2 SiO2 Si Si Si 热成长薄膜 硅裸片晶圆 沉积薄膜 Hong Xiao,Ph.D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo 2 k.htm

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 2 CVD氧化层vs.加热成长的氧化层 热成长薄膜 硅裸片晶圆 沉积薄膜 SiO2 SiO2 Si Si Si

CVD氧化层Vs.加热成长的氧化层 加热成长 CVD ·氧来自气相的氧 ·氧和硅都来自气相 。硅来自基片 ·沉积在基片表面 ·薄膜成长氧进入基片 ·温度较低 。品质较高 ·成长速率较高 Hong Xiao,Ph.D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo 3 k.htm

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 3 CVD氧化层vs.加热成长的氧化层 加热成长 • 氧来自气相的氧 • 硅来自基片 • 薄膜成长氧进入基片 • 品质较高 CVD • 氧和硅都来自气相 • 沉积在基片表面 • 温度较低 • 成长速率较高

介电质薄膜的应用 ·多层金属联机中当做器件隔离的介电质层 ·CVD和自旋涂布介电质加上CVD介电质 ·浅沟槽绝缘(STI) ·多晶金属硅化物匣即会形成侧壁空间层，这是形 成低掺杂汲极(LDD)和扩散缓冲层所需要的 ·钝化保护介电质层(PD) 。当图形尺寸小于0.25um,自旋涂布介电质抗反射 层镀膜(ARC)就不符合分辨率需求 Hong Xiao,Ph.D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo 4 k.htm

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 4 介电质薄膜的应用 • 多层金属联机中当做器件隔离的介电质层 • CVD和自旋涂布介电质加上CVD介电质 • 浅沟槽绝缘(STI) • 多晶金属硅化物匣即会形成侧壁空间层，这是形 成低掺杂汲极( LDD)和扩散缓冲层所需要的 • 钝化保护介电质层(PD) • 当图形尺寸小于0.25um，自旋涂布介电质抗反射 层镀膜(ARC)就不符合分辨率需求

介电质薄膜的应用 。很多公司用介电质层(interlayer dielectric ；LD)代表金属层间介电质层，包含金属沉积 前的介电质层(PMD)和金属层间介电质层（IMD) 金属沉积前的介电质层：PMD -通常使用掺杂氧化物PSG或BPSG -温度受热积存限制 ·金属层间介电质层：IMD -使用USG或FSG -通常在温度400°℃沉积 Hong Xiao,Ph.D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo 5 k.htm

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 5 介电质薄膜的应用 • 很多公司用介电质层(interlayer dielectric ；ILD)代表金属层间介电质层,包含金属沉积 前的介电质层(PMD)和金属层间介电质层(IMD) 金属沉积前的介电质层: PMD –通常使用掺杂氧化物PSG或BPSG –温度受热积存限制 • 金属层间介电质层: IMD –使用USG或FSG –通常在温度400C沉积

介电质薄膜在CMOS电路的应用 氨化硅 PD2 氧化硅 Al.Cu PDI ARC W USG IMD或 ILD2 金属1，ACu PMD或 WCVD ILDI BPSG STI n叶USG口 D+ D十 STI P型井区 N型井区 侧壁空间层 P型磊晶层 TN P型晶圆 CVD Hong Xiao,Ph.D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo 6 k.htm

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 6 氧化硅 氮化硅 W USG P型晶圆 P型井区 N型井区 BPSG n+ n+ USG p+ p+ W Metal 2, Al•Cu P型磊晶层 金属 1,Al•Cu Al•Cu STI STI PMD或 ILD1 IMD或 ILD2 ARC PD1 PD2 侧壁空间层 WCVD TiN CVD 介电质薄膜在CMOS电路的应用

介电质工艺 对一个使用STI的N层金属联机集成电路 芯片而言，最小的介电层数量为： 介电质层=1+1+1+N-1)+1=N+3 STI 侧壁PMD IMD PD 空间 层 Hong Xiao,Ph.D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo 7 k.htm

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 7 介电质工艺 对一个使用STI的N层金属联机集成电路 芯片而言，最小的介电层数量为: 介电质层 = 1 + 1 + 1 + (N-1) + 1 =N + 3 STI 侧壁 空间 层 PMD IMD PD

化学气相沉积(CVD) ·化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition) ·化学气体或蒸气和晶圆表面的固体产生反 应，在表面上以薄膜形式产生固态的副产 品，其他的副产品是挥发性的会从表面离 开 Hong Xiao,Ph.D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo 8 k.htm

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 8 化学气相沉积(CVD) • 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition) • 化学气体或蒸气和晶圆表面的固体产生反 应，在表面上以薄膜形式产生固态的副产 品，其他的副产品是挥发性的会从表面离 开

CVD应用 薄膜 源材料 Si（多晶) SiH4（硅烷) 半导体 SiCl2H2(二氯硅烷；DCS) Si(磊晶) SiClH(三氯硅烷；TCS) SiCl4(四氯硅烷；Siltet) LPCVD SiH4,02 Si02(玻璃) PECVD SiHa,N20 介电质 PECVD Si(0CH5)4(四乙氧基硅烷，TE0S), 02 LPCVD TEOS APCVD&SACVDTM TEOS,03 (ozone) Oxynitride SiH4,N20,N2,NH3 PECVD SiH4,N2,NHs SigN4 LPCVD SiHa,N2,NHa LPCVD CaH22N2Si (BTBAS) W(钨) WF6（六氟化钨)，SiH4,H WSi2 WF。（六氟化钨)，SiH4,H2 导体 TiN Ti[N(CH)2]4(TDMAT） Ti TiCla Cu 9

薄膜 源材料 Si (多晶) SiH4 (硅烷) 半导体 SiCl2H2 (二氯硅烷；DCS) Si (磊晶) SiCl3H (三氯硅烷；TCS) SiCl4 (四氯硅烷；Siltet) LPCVD SiH4, O2 SiO2 (玻璃) PECVD SiH4, N2O 介电质 PECVD Si(OC2H5)4 (四乙氧基硅烷，TEOS), O2 LPCVD TEOS APCVD&SACVDTM TEOS, O3 (ozone) Oxynitride SiH4, N2O, N2, NH3 PECVD SiH4, N2, NH3 Si3N4 LPCVD SiH4, N2, NH3 LPCVD C8H22N2Si (BTBAS) W (钨) WF6 (六氟化钨), SiH4, H2 WSi2 WF6 (六氟化钨), SiH4, H2 导体 TiN Ti[N (CH3) 2]4 (TDMAT) Ti TiCl4 Cu 9 CVD应用

化学气相沉积 ·气体或是气相源材料引进反应器内 ·源材料扩散穿过边界层并接触基片表面 ·源材料吸附在基片表面上 ·吸附的原材料再基片表面上移动 。在基片表面上开始化学反应 ·固态副产物在基片表面上形成晶核 ·晶核生长成岛状物 ·岛状物合并成连续的薄膜 ·其他气体副产品从基片表面上脱附释出 ·气体副产品扩散过边界层 。气体副产品流出反应器 Hong Xiao,Ph.D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo 10 k.htm

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 10 化学气相沉积 • 气体或是气相源材料引进反应器内 • 源材料扩散穿过边界层并接触基片表面 • 源材料吸附在基片表面上 • 吸附的原材料再基片表面上移动 • 在基片表面上开始化学反应 • 固态副产物在基片表面上形成晶核 • 晶核生长成岛状物 • 岛状物合并成连续的薄膜 • 其他气体副产品从基片表面上脱附释出 • 气体副产品扩散过边界层 • 气体副产品流出反应器