半導體薄膜、介質(zhì)薄膜、金屬薄膜。單晶薄膜、多晶薄膜和非晶薄膜。幾十納米到幾個微米。半導體單晶薄膜通常采用外延工藝，多晶薄膜與介質(zhì)薄膜類似，多采用化學氣相淀積工藝。介質(zhì)薄膜和金屬薄膜主采用化學氣相或物理氣相淀積工藝。在微電子應(yīng)用最多的介質(zhì)薄膜是二氧化硅和氮化硅薄膜；半導體薄膜主要是多晶硅薄膜和硅化薄膜；金屬薄膜主要有鋁、金、鉑等單質(zhì)薄膜，化合物薄膜及多層薄膜。1第7章化學氣相淀積(CVD)7.1CVD概述7.2CVD工藝原理7.3CVD工藝方法7.4二氧化硅薄膜的淀積7.5氮化硅薄膜淀積7.6多晶硅薄膜的淀積7.7CVD金屬及金屬化合物薄膜27.1CVD概述

化學氣相淀積(ChemicalVaporDeposition,CVD)是把構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或液態(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)生化學反應(yīng)并在襯底上淀積薄膜的工藝方法。

外延3外延生長獲得單晶薄膜，通常襯底也是單晶材料，要求有嚴格的工藝條件；淀積的薄膜是非晶或多晶態(tài)，襯底不要求是單晶，只要是具有一定平整度，能經(jīng)受淀積溫度即可；CVD工藝制備的薄膜和熱氧化制備的二氧化硅薄膜也有很大不同。7.1CVD概述

4CVD的多種工藝方法可以按照工藝特點、工藝溫度、反應(yīng)室內(nèi)部壓力、反應(yīng)室器壁的溫度和淀積薄膜化學反應(yīng)激活方式等進行分類。7.1CVD概述

常壓化學氣相淀積（APCVD,Atmosphericpressurechemicalvapordeposition

）低壓化學氣相淀積（LPCVD,Lowpressurechemicalvapordeposition

）按氣壓分類5等離子增強化學氣相淀積（PECVD,Plasmaenhancedchemicalvapordeposition

）金屬有機物化學氣相淀積（MOCVD,Metal-Organic

chemicalvapordeposition

）激光誘導化學氣相淀積（LCVD,Laserchemicalvapordeposition

）微波等離子體化學氣相淀積（MWCVD,Microwaveassisted

chemicalvapordeposition

）按溫度分：低溫、中溫、高溫按反應(yīng)激活能分類7.1CVD概述

67.2CVD工藝原理采用CVD工藝制備薄膜時，源是以氣相方式被運輸?shù)椒磻?yīng)器內(nèi)，由于襯底高溫或有其他形式能量的激發(fā)，源發(fā)生化學反應(yīng)，生成固態(tài)的薄膜物質(zhì)淀積在襯底表面形成薄膜；而生成的其他副產(chǎn)物質(zhì)是氣態(tài)，被排出反應(yīng)器。7(1)反應(yīng)劑引入，在襯底表面附近形成“滯留層”；(2)反應(yīng)劑被吸附在硅片表面，并進行化學反應(yīng)；(3)在硅片表面成核、生長成薄膜；(4)反應(yīng)后的氣相副產(chǎn)物排出反應(yīng)室；8薄膜生長的步驟連續(xù)的膜氣體分子成核凝聚Substrate與氣相外延相似，由氣相質(zhì)量輸運和表面化學反應(yīng)兩類過程完成薄膜淀積。9圖7-2立式反應(yīng)器中浮力驅(qū)動的再循環(huán)流10CVD傳輸和反應(yīng)步驟圖CVD反應(yīng)室Substrate連續(xù)膜8) 副產(chǎn)物去除

1) 反應(yīng)物的質(zhì)量傳輸副產(chǎn)物2) 薄膜先驅(qū)物反應(yīng)3)氣體分子擴散4) 先驅(qū)物的吸附5) 先驅(qū)物擴散到襯底中6) 表面反應(yīng)7)副產(chǎn)物的解吸附作用排氣氣體傳送11CVD的化學反應(yīng)條件（1）在淀積溫度下，反應(yīng)劑需有足夠高的蒸氣壓；（2）除淀積物外，反應(yīng)的其它物質(zhì)必須是揮發(fā)性；（3）淀積物本身必須具有足夠低的蒸氣壓；（4）薄膜淀積所用的時間必須足夠短----高效率，低成本；（5）淀積溫度必須足夠低----避免對先前工藝影響；（6）CVD不允許化學反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物進入薄膜；（7）化學反應(yīng)必須在被加熱的；襯底表面12CVD過程中形成多晶膜的原因：（較外延工藝）（1）襯底溫度較外延低，硅原子在表面遷移率慢，未能完全遷移到結(jié)點位置；（2）淀積速率過快，未等原子全部遷移到結(jié)點位置就被其他硅原子所覆蓋，成為薄膜中的硅原子；（3）襯底表面不完全是單晶，如襯底硅片整個表面或部分表面已經(jīng)成為氧化層。137.2.2薄膜淀積速率及影響因素CVD反應(yīng)室內(nèi)的流體動力學反應(yīng)室工作氣體是常壓或初真空度，分子平均自由程遠小于反應(yīng)室尺寸，氣流是粘滯流。邊界層（附面層，滯流層）邊界層厚度14生長動力學從簡單的生長模型出發(fā)，用動力學方法研究化學氣相淀積推導出生長速率的表達式及其兩種極限情況：與熱氧化生長稍有

不同的是，沒有了

在SiO2中的擴散流Jg是反應(yīng)劑分子的擴散流密度Js代表在襯底表面化學反應(yīng)消耗的反應(yīng)劑分子流密度氣體薄膜襯底CgCsJgJsGrove模型15hg

是質(zhì)量輸運系數(shù)（cm/sec）在穩(wěn)態(tài)，兩類粒子流密度應(yīng)相等。這樣得到可得：假定Jg正比于反應(yīng)劑在主氣流中的濃度CG與在硅表面處濃度CS之差假定在表面化學反應(yīng)淀積成薄膜的速率正比于反應(yīng)劑在表面的濃度CS，則：ks

是表面化學反應(yīng)系數(shù)（cm/sec）氣體薄膜襯底CgCsJgJsGrove模型16Y----在氣體中反應(yīng)劑分子的摩爾百分比Cg----每cm3中反應(yīng)劑分子數(shù)CT----在氣體中每cm3的所有分子總數(shù)N----形成薄膜的單位體積中的原子數(shù)。對硅外延N為5×1022cm-3

則薄膜淀積速率17則薄膜淀積速率淀積速率與反應(yīng)劑濃度Y成正比。當反應(yīng)劑稀釋時，淀積速率與反應(yīng)劑的摩爾百分比成正比。18反應(yīng)劑濃度對生長速率影響

G∝Y∝CgSiH4→poly-Si+2H2↑19Y一定時，G由hg和ks中較小者決定1、如果hg>>ks，則Cs≈Cg-----表面化學反應(yīng)速率控制過程，有：表面（反應(yīng)）控制，對溫度特別敏感。在較低溫度和壓力下，驅(qū)動表面反應(yīng)的能量少，表面反應(yīng)速度降低。反應(yīng)物傳輸速度超過表面化學反應(yīng)的速度。202、如果hg<<ks，則CS≈0----質(zhì)量傳輸速率控制過程，有在高溫加壓淀積工藝中，反應(yīng)速度較快，傳輸?shù)焦杵砻娴姆磻?yīng)氣體始終不足。質(zhì)量輸運控制，對溫度不敏感。氣體薄膜襯底CgCsJgJsGrove模型21溫度的影響--兩種極限情況ks>>hgG=CThgY/N1ks<<hgG=CTksY/N122氣流速率與溫度對

淀積速率的影響質(zhì)量輸運控制，

hg<<ks

G∝hg

∝1/δ∝U1/2表面反應(yīng)控制，

ks<<hgG∝ks∝exp(-EA/kT)23Grove模型的指導作用和局限質(zhì)量輸運控制CVD中，反應(yīng)劑濃度的均勻性很重要；對溫度的控制不必很嚴格。表面化學反應(yīng)控制CVD中，溫度均勻性很重要；對反應(yīng)劑濃度控制不必很嚴格。在反應(yīng)劑濃度較低時Grove模型和實測結(jié)果吻合得較好，濃度較高則不然。忽略了反應(yīng)產(chǎn)物的解吸、流速影響。忽略了溫度梯度對氣相物質(zhì)輸運的影響。247.2.3薄膜質(zhì)量控制臺階覆蓋特性薄膜內(nèi)應(yīng)力薄膜致密性薄膜厚度均勻性薄膜附著性25臺階覆蓋（保形性）保形覆蓋：無論襯底表面有什么樣的傾斜圖形，在所有圖形上面都能淀積有相同厚度的薄膜。薄膜淀積速率主要取決于襯底溫度和表面反應(yīng)劑濃度；在質(zhì)量輸運控制的淀積過程，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)劑數(shù)量--由工藝過程壓力和吸附原子的遷移性決定。在制備薄膜之前，通常已經(jīng)有多個單項工藝，襯底表面不再是平面，而是存在臺階。26到達角（arrivalangle）和邊界層厚度；在二維空間內(nèi)，對表面任一點在θ~θ+dθ角度內(nèi)到達該點的反應(yīng)劑數(shù)量為P(θ)d(θ)常壓，氣體分子之間的相互碰撞使速度矢量完全隨機化，則

P(θ)為常數(shù)。一般到達角θ越大淀積速率越大臺階覆蓋（保形性）27遮蔽（Shadowing）效應(yīng)：襯底表面上的圖形對反應(yīng)劑氣體分子直線運動的阻擋作用。

----反應(yīng)劑分子平均自由程很長，在襯底上遷移能力低，薄膜最終厚度隨溝槽深度的增加而降低。低壓淀積，原子或分子自由行程=孔洞或溝槽深度；反應(yīng)劑可以直接穿越邊界層入射到孔洞或溝槽底，這時影響表面反應(yīng)劑濃度的除了到達角外，還有遮蔽效應(yīng)。臺階覆蓋（保形性）28再發(fā)射機制是決定保形覆蓋的關(guān)鍵因素TEOS：正硅酸乙脂:Si(OC2H5)4

TEOS粘滯系數(shù)比硅烷小，再發(fā)射率高，保形覆蓋更好。三種機制影響反應(yīng)氣體分子到襯底表面的特殊位置：

入射；再發(fā)射；表面遷移29薄膜內(nèi)應(yīng)力薄膜沉積在襯底上以后，薄膜處于應(yīng)變狀態(tài)；若以薄膜應(yīng)力造成襯底彎曲形變方向區(qū)分，可分為拉應(yīng)力(tensilestress)和壓應(yīng)力(compressivestress)。3031薄膜的致密性，主要由襯底溫度確定；薄膜厚度均勻性，主要是薄膜淀積速率的均勻性決定的；（溫度和濃度）薄膜的附著性，與襯底的結(jié)合。327.3CVD工藝方法7.3.1常壓化學汽相淀積7.3.2低壓化學氣相淀積7.3.3等離子體的產(chǎn)生7.3.4等離子增強化學氣相淀積7.3.5淀積工藝方法的進展33CVD淀積系統(tǒng)設(shè)備CVD源氣體輸入管道及氣體流量控制系統(tǒng)反應(yīng)室及反應(yīng)激活裝置（基座加熱或其它引入反應(yīng)激活能）溫度控制系統(tǒng)減壓系統(tǒng)連續(xù)式APCVD設(shè)備以二氧化硅薄膜為例：SiH4+O2=SiO2+2H2↑

34CVD的源氣態(tài)源：SiH4，NH3等----正被液態(tài)源取代液態(tài)源：TEOS(正硅酸乙脂:Si(OC2H5)4)送入方式：冒泡法：用N2/H2/Ar攜帶；加熱法；液態(tài)源直接注入35CVD反應(yīng)室熱源CVD過程是在高于室溫條件淀積的。反應(yīng)室側(cè)壁溫度保持在Tw，放置硅片的基座溫度恒定Ts。當Tw＝Ts，稱熱壁式CVD系統(tǒng)；----電阻加熱法Tw＜Ts稱冷壁式CVD系統(tǒng)----電感或高頻輻射燈加熱；即使在冷壁系統(tǒng)中，其側(cè)壁溫度也高于室溫。367.3.1APCVDAPCVD：常壓化學氣相淀積（AtmosphericPressureCVD）操作簡單，淀積速率較高，適于較厚介質(zhì)薄膜的淀積。缺點：易于發(fā)生氣相反應(yīng)、產(chǎn)生微粒污染，臺階覆蓋性和均勻性比較差。APCVD由質(zhì)量輸運控制淀積速率，可精確控制在單位時間內(nèi)到達每個硅片表面及同一表面不同位置的反應(yīng)劑數(shù)量----薄膜均勻性37三種APCVD系統(tǒng)原理圖反應(yīng)激活能由電阻絲或射頻線圈提供，可淀積不同薄膜受熱移動盤或傳輸帶上的硅片連續(xù)通過淀積區(qū)和非淀積區(qū)（通過流動的惰性氣體隔離）38APCVD主要用于二氧化硅薄膜的制備反應(yīng)劑和屏蔽氣體N2同時從冷卻噴嘴中注入，反應(yīng)空間只有幾毫米，可減少氣相反應(yīng)；噴嘴、傳送帶以及基座需要經(jīng)常清理39斜率與激活能Ea成正比APCVD的主要問題：低產(chǎn)率（throughput）高溫淀積：硅片需水平放置低溫淀積：反應(yīng)速率低407.3.2LPCVD

LowPressureCVD

與APCVD相比增加了真空系統(tǒng)，氣壓在1-10-2Torr之間，分子自由程長，豎放基片，是電阻熱壁式，效率高，經(jīng)濟。但淀積速率低，溫度較高。淀積速率受表面反應(yīng)控制，對溫度非常敏感，氣體分壓，氣流速對淀積速率也有影響?？傻矸e多晶硅、氮化硅、二氧化硅、PSG、BPSG、W等。臥式反應(yīng)器立式反應(yīng)器

一個入氣口的反應(yīng)室，沿氣流方向反應(yīng)劑不斷消耗．濃度降低，因此，膜厚不均。當氣體反應(yīng)劑被消耗而出現(xiàn)的反應(yīng)劑濃度改變的現(xiàn)象為氣缺現(xiàn)象41氣缺現(xiàn)象解決方法在水平方向上逐漸提高溫度來加快反應(yīng)速度，從而提高淀積速率，補償氣缺效應(yīng)的影響，減小各處淀積厚度差別。采用分布式的氣體入口，就是反應(yīng)劑氣體通過一系列氣體口注入列反應(yīng)室中。需要特殊設(shè)計的淀積室來限制注入氣體所產(chǎn)生的氣流交叉效應(yīng)。增加反應(yīng)室中的氣流速度。42低壓化學氣相淀積（LPCVD）因此低壓可以大大提高hg的值。例如在壓力為1torr時，Dg可以提高760倍，而ds只提高約7倍，所以hg可以提高100倍。氣體在界面不再受到傳輸速率限制。在質(zhì)量輸運控制區(qū)域：4344增加產(chǎn)率-晶片可直插放置許多片（100-200）；氣體用量大為減少，節(jié)約了源材料；工藝對溫度靈敏，但是采用溫度控制好的熱壁式系統(tǒng)可解決溫度控制問題。采用電阻加熱器可以減少成本。氣流耗盡仍是影響均勻性的因素，可以設(shè)定溫差5～25C，或分段進氣。457.3.3等離子體的產(chǎn)生

467.3.3等離子體的產(chǎn)生

等離子體——物質(zhì)的第四態(tài)不同密度和溫度的等離子體47濺射選定區(qū)域f幾Pa-幾十Pa氣體無光放電區(qū)：極少量原子受到高能宇宙射線激發(fā)而電離；電流微弱，且不穩(wěn)定湯生放電區(qū)：電壓升高，電子、離子的能量逐漸升高，α作用；γ作用；輝光放電：氣體放電擊穿；負阻現(xiàn)象；陰極電流密度一定，有效放電面積隨電流增加而增大；反常輝光放電：陰極全部成為有效放電區(qū)域，只有增加功率才可增加陰極電流密度電弧放電：隨電流增加，放電電壓再次大幅下降7.3.3等離子體的產(chǎn)生

直流氣體輝光放電48反常輝光放電區(qū)暗區(qū)，相當于離子和電子從電場獲取能量的加速區(qū)；輝光區(qū)，相當于不同離子發(fā)生碰撞、復合、電離的區(qū)域。負輝區(qū)，是最亮區(qū)域。圖7-15直流輝光放電各參量分布49等離子體及其特點等離子體（Plasma）是指具有一定導電能力的氣體，它由正離子、電子、光子以及原子、原子團、分子及它們的激發(fā)態(tài)所組成的混合氣體，宏觀上呈現(xiàn)電中性。輝光放電構(gòu)成的等離子體中粒子能量、密度較低，放電電壓較高。其特點是質(zhì)量較大的重粒子，包括離子、中性原子和原子團的能量遠遠低于電子的能量，是一種非熱平衡狀態(tài)的等離子體。50等離子鞘層電子：等離子體中電子平均動能2eV，對應(yīng)溫度T=23000K;平均運動速度

v=9.5*105m/s離子及中性原子處于低能狀態(tài)，對應(yīng)溫度在T=300-500K；平均速度vAr=5*102m/s等離子鞘層：電子與離子具有不同速度，結(jié)果是形成所謂的等離子鞘層，即任何處于等離子中的物體相對于等離子體來講都呈現(xiàn)出負電位，且在物體表面附近出現(xiàn)正電荷積累。51輝光放電中的碰撞過程彈性碰撞無激發(fā)、電離或復合非彈性碰撞動能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能維持了自持放電

等離子體中高速運動的電子與其它粒子的碰撞是維持氣體放電的主要微觀機制。在氣體反常輝光放電中出現(xiàn)的過程

分子裂解：e*+AB?A+B+e原子電離：e*+A(B)?A-(B-)+e+e分子電離：e*+AB?AB-+e+e原子激發(fā)：e*+A(B)?A*(B*)+e分子激發(fā)：e*+AB?AB*+e52

射頻氣體輝光放電國際上采用的射頻頻率多為美國聯(lián)邦通訊委員會(Fcc)建議的13.56MHz。在一定氣壓條件下，在陰陽電極之間加交變電壓頻率在射頻范圍時，會產(chǎn)生穩(wěn)定的射頻輝光放電。53射頻放電的激發(fā)源E型放電：高頻電場直接激發(fā)H型放電：高頻磁場感應(yīng)激發(fā)射頻輝光放電與直流放電很不相同：電場周期性改變方向，帶電粒子不容易到達電極和器壁，減少了帶電粒子的損失。在兩極之間不斷振蕩運動的電子可從高頻電場中獲得足夠能量，使氣體分子電離，電場較低就可維持放電。陰極產(chǎn)生的二次電子發(fā)射不再是氣體擊穿必要條件。射頻電場可由容抗或感抗耦合進淀積室。電極可以是導體，也可是絕緣體。54高密度等離子體的產(chǎn)生高密度等離子體（highdensityPlasma,HDP）技術(shù)是在上世紀80年代末90年代初發(fā)展起來的新一代等離子體技術(shù)。高密度等離子體是指其離子濃度超過1011ions/cm3。HDP系統(tǒng)一般都是在簡單等離子體發(fā)生器上增設(shè)電場和磁場，用橫向電場和磁場來增加電子在等離子體中的行程，從而使電子和原子（或分子）之間碰撞更加頻繁，以增加等離子體中的離子和活性基團。電感耦合HDP

磁控HDP

電子回旋共振（ECR）HDP技術(shù)55等離子增強化學氣相淀積是采用等離子體技術(shù)把電能耦合到氣體中，激活并維持化學反應(yīng)進行薄膜的一種工藝方法。等離子增強化學氣相淀積就是利用等離子體來增強較低溫度下化學反應(yīng)速率的。7.3.4PECVD(PlasmaEngancedCVD)56PECVD設(shè)備57采用射頻等離子體把電能耦合到氣體中，促進化學反應(yīng)在較低溫度下進行。射頻功率使反應(yīng)器中低壓氣體非平衡輝光放電。襯底吸附等離子體內(nèi)活潑的中性原子團與游離基，在表面發(fā)生化學反應(yīng)生成薄膜物質(zhì)，并不斷受到離子和電子轟擊，容易遷移、重排，使得淀積薄膜均勻性好，填充小尺寸結(jié)構(gòu)能力強。淀積速率是表面反應(yīng)控制，精確控制襯底溫度：溫度變化對薄膜厚度均勻性影響很大。58優(yōu)點：工藝溫度低(250–450℃)；填充能力好(高密度等離子體)；黏附能力強；淀積速率高；針孔和空洞少，膜密度高；59影響PECVD薄膜淀積速率因素反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)；射頻功率的強度和頻率；反應(yīng)劑與稀釋劑氣體量；抽氣速率；襯底溫度。

60在等離子體輔助CVD中膜的形成PECVD反應(yīng)室連續(xù)膜8) 副產(chǎn)物去除1)反應(yīng)物進入反應(yīng)室襯底2)電場使反應(yīng)物分解3)薄膜初始物形成4)初始物吸附5) 初始物擴散到襯底中

6) 表面反應(yīng)7)副產(chǎn)物的解吸附作用排氣氣體傳送RF發(fā)生器副產(chǎn)物電極電極RF場61等離子體CVD工藝等離子體增強CVD（PECVD）冷壁，僅加熱硅片以加速反應(yīng)間隙填充能力較差高密度等離子體CVD（HDPCVD）冷壁，使用高密度混合氣體參加反應(yīng)間隙填充能力強（同步淀積與刻蝕）62CVD反應(yīng)器類型及其主要特點637.3.5CVD工藝方法的進展高密度等離子體化學氣相淀積熱絲化學氣相淀積激光誘導化學氣相淀積金屬有機物化學氣相淀積64激光誘導化學氣相淀積（LCVD）LCVD法是將激光應(yīng)用于常規(guī)CVD的一種新技術(shù)，通過激光活化，使化學反應(yīng)在較低溫度進行，激光能轉(zhuǎn)化為化學能。在這個意義上LCVD類似與PECVD。LCVD法是用激光束照射封閉于氣室內(nèi)的反應(yīng)氣體，誘發(fā)化學反應(yīng)，生成物淀積襯底基在片上。LCVD的最大優(yōu)點在于淀積過程中，不直接加熱襯底，可按需要進行淀積，空間選擇性好，甚至可使薄膜生長限制在襯底的任意微區(qū)內(nèi)；淀積速率快。65金屬有機物氣相淀積（MOCVD）MOCVD法的特點是采用相當?shù)偷臏囟认履芊纸獾慕饘儆袡C化合物作初始反應(yīng)物進行氣相淀積。即把欲淀積膜層的一種或幾種組分以金屬烷基化合物的形式輸送到反應(yīng)區(qū)，而其它的組分可以氫化物的形式輸送，金屬烷基化合物與氫化物在氣相或襯底基片上發(fā)生化學反應(yīng)，生成淀積薄膜。667.4二氧化硅薄膜的淀積主要有CVD-SiO2,PSG,BPSG薄膜用于：多層布線中金屬層之間的絕緣層;MOS晶體管的柵極介質(zhì)層；吸雜劑、擴散源、擴散和離子注入工藝中的掩膜；防止雜質(zhì)外擴的覆蓋層以及鈍化層。7.4.1CVD-SiO2特性與用途

67對SiO2膜要求厚度均勻，結(jié)構(gòu)性能好粒子和化學玷污低與襯底良好的黏附性應(yīng)力小----防碎裂完整性好以具備較高介質(zhì)擊穿電壓較好的臺階覆蓋性，針孔密度低，產(chǎn)量高K值低介電常數(shù)k(permittivity或dielectricconstant)來描述電介質(zhì)的儲電能力。對電容容量的大小起著關(guān)鍵性作用，制造大容量的電容器時通常是通過選擇高k值的電介質(zhì)來實現(xiàn)的。

68介質(zhì)及其性能介電常數(shù)-k材料在電場影響下存儲電勢能的有效性；隔離材料作為電容的能力；低k值材料可以減小芯片互聯(lián)電容；高k值材料利于薄柵氧器件。69線電容C正比于絕緣介質(zhì)的k值，低K值的絕緣介質(zhì)可以減小芯片總的互連電容，減小RC信號延遲，提供芯片性能。絕緣介質(zhì)也選用低K值材料柵氧厚度隨器件尺寸等比例縮小，需要高K值材料防止隧穿電流DRAM疊層電容也需要高K值材料提供單位電容70PSG、BPSG薄膜在SiO2淀積時，加入PH3,生成含有P2O5的SiO2被稱為磷硅玻璃（PSG）

4PH3(g)+5O2(g)→P2O5(s)+6H2(g)特點：應(yīng)力小，階梯覆蓋較好；可吸附堿性離子；高溫下可流動注意：PSG在高P情況下的吸潮性，P控制在6~8wt%SiO2中摻磷或摻硼，目的是通過回流使芯片臺階降低，實現(xiàn)平整化。向SiO2淀積源中加入硼酸三甲酯(TMB)，可實現(xiàn)硼摻雜，加入磷酸三甲酯(TMP)，可實現(xiàn)磷摻雜。71圖7-24PSG在APCVD中的淀積速率72BPSG（B2O3-P2O5-SiO2）三元氧化膜體系，850℃玻璃回流平坦化；BPSG流動性取決于薄膜的組分、工藝溫度、時間與環(huán)境氣氛；防止起泡現(xiàn)象（blistering）----800℃致密化；900~975℃快速熱退火；可用作絕緣層、鈍化層，表面平坦化；在接觸回流中，BPSG比PSG更適合。73MSI時代nMOS晶體管的各層膜p+siliconsubstratep-epilayer場氧化層n+n+p+p+n-wellILD氧化硅墊氧化層氧化硅氮化硅頂層柵氧化層側(cè)墻氧化層金屬前氧化層Poly金屬多晶金屬74ULSI硅片上的多層金屬化鈍化層壓點金屬p+SiliconsubstrateViaILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4p-Epitaxiallayerp+ILD-6LIoxideSTIn-wellp-wellILD-1Polygaten+p+p+n+n+LImetalMetal-1等稱為金屬層ILD-1等稱為介質(zhì)層7576CVDSiO2特性低溫淀積SiO2薄膜的密度低于熱生長SiO2，其折射系數(shù)n約為1.44（熱氧化n=1.46）。

n>1.46，薄膜富硅。

n<1.46,為低密度多孔薄膜。777.4.2APCVD/LPCVDSiO2硅烷為源，工藝溫度250-450℃，可在APCVD,LPCVD,PECVD系統(tǒng)中淀積。

SH4(g)+O2(g)→SiO2(s)+2H2(g)N2稀釋SH4與過量O2的混合氣體低溫淀積SiO2膜可在700-1000℃退火致密化，使SiO2膜的密度從2.1g／cm3增至2.2g／cm3，在HF溶液中的腐蝕速率也會降低。1硅烷/O2為源78TEOS（正硅酸四乙酯）為源的低溫PECVDTEOS(l){Si(OC2H5)4}+O2→SiO2+副產(chǎn)物良好的臺階覆蓋性，間隙填充特性，多用來形成多層布線金屬層之間絕緣層淀積79TEOS與O3混合源的SiO2淀積300℃,TEOS+3%O3,APCVD淀積SiO2，淀積速率可達100~200nm/min----TEOS與O3混合淀積的SiO2薄膜優(yōu)勢：淀積速率高；保形性好；良好填充溝槽及金屬線之間的間隙化學反應(yīng)式

Si(OC2H5)4+O3SiO2+8CO2+10H2O問題：淀積速率依賴于薄膜淀積的表面材料；所淀積的氧化層中含有Si-OH鍵，更易吸收水汽；解決方法：先用PECVD方法先淀積一層SiO2，再做TEOS/O3淀積SiO2

，最后表面再做PECVD淀積SiO2，形成三明治夾層的三層絕緣層結(jié)構(gòu)802中溫CVDSiO2工藝溫度650-750℃，采用APCVD，LPCVD方法淀積。TEOS淀積的SiO2薄膜有更好的保形性；淀積溫度:680-730℃,速率約25nm/minLPCVDSiO2

薄膜Si(OC2H5)4SiO2+4C2H4+2H2O817.4.4PECVDSiO2含有氯或氫。2.當N2O:SiH4的比例比較低時，形成富硅薄膜;3.富硅薄膜的折射系數(shù)增加,n值接近1.46;4.稀釋的HF溶液對SiO2的腐度速率可以非常精確的反映薄膜的配比和密度。SiH4(g)+2N2O(g)→SiO2(s)+2N2(g)+2H2(g)Ar氣為稀釋氣體，溫度：200-400℃827.5氮化硅薄膜氮化硅薄膜是非晶介質(zhì)薄膜，Si3N4薄膜一般是采用CVD法制備，在二氧化硅不適合的場合作為介質(zhì)薄膜使用。837.5.1氮化硅薄膜性質(zhì)與用途抗鈉能力強，硬度大，針孔少，致密，化學穩(wěn)定性好，因此，作為鈍化膜、保護膜有優(yōu)勢。掩蔽能力強，SiO2對B、P、As、Sb有掩蔽作用，Si3N4還可以掩蔽Ga、In、ZnO。能作為多種雜質(zhì)的掩蔽膜。介電常數(shù)ε大、導熱性好，εSiO24.2，εSi3N46-9，可做電容的介質(zhì)層；84與二氧化硅比較工藝用途：可以作為選擇性氧化的掩膜，如MOS器件的場區(qū)氧化(LOCOS)；淺溝隔離的化學機械拋光（CMP）自停止層。問題：與硅失配率大，無論是晶格常數(shù)還是熱膨脹系數(shù)，因此在Si3N4/Si界面硅缺陷大，成為載流子陷阱，或者復合中心，影響硅的載流子遷移率。857.5.2氮化硅工藝

可根據(jù)需要選擇淀積Si3N4工藝條件選擇性氧化的掩膜或電容介質(zhì)層

中溫LPCVD,700-800oC,P：0.1-1TorrSiH2Cl2(H2或N2)+NH3→Si3N4+HCl+H2最終鈍化層

低溫PECVD，

200-400℃P：0.1-1Torr

SiH4(H2或N2)

+NH3(或N2)→SixNyHZ+H286LPCVD氮化硅工藝薄膜密度高（2.9~3.1g/cm3）；介電常數(shù)6；化學配比較好；耐HF腐蝕；H含量較PECVD氮化硅低；臺階覆蓋性較好；較少的粒子污染；缺點是薄膜應(yīng)力較大,易破裂；LPCVD以SiH2Cl2或SiCl4為硅源淀積Si3N4

；注意工藝過程中NH3要充足。87PECVD氮化硅薄膜若采用N2和SiH4作為反應(yīng)劑，注意比例;

淀積速率低，臺階覆蓋差，擊穿電壓低;H含量較少，形成薄膜致密;NH3更易于在PECVD反應(yīng)室內(nèi)分解，形成的薄膜性能較好88PECVDSiXNYStandardCubicCentimeterperMinute,即ml/min或cm3/min

897.6多晶硅(Poly-Si)薄膜結(jié)構(gòu)特點

由微小單晶粒(約100nm)組成，晶粒大小與制備工藝有關(guān)。晶粒之間是晶粒間界(稱晶界，0.5-1nm寬)，晶界原子排列無序，多晶硅薄膜呈各向同性。晶界含大量懸掛鍵及高密度缺陷----晶粒間界不完整性及晶粒表面原子周期性排列受到破壞所引起。造成多晶硅的兩個重要特性：（1）擴散系數(shù)----晶界處明顯大于晶粒內(nèi)部；（2）雜質(zhì)分凝----高溫時位于晶粒內(nèi)部的雜質(zhì)在低溫時運動到晶界處，而高溫時又返回晶粒內(nèi)。7.6.1結(jié)構(gòu)與特性90多晶硅電學特性多晶硅內(nèi)每個單晶晶粒內(nèi)的電學行為和單晶硅的電學行為相似；在一般摻雜濃度下，同樣摻雜情況，比單晶電阻率高；高摻雜時，電阻率與單晶接近。原因：1、熱處理過程中摻雜原子運動到晶界處，不能有效供給自由載流子；2、晶界處的懸掛鍵可俘獲自由載流子；3、晶界內(nèi)缺陷使載流子遷移率下降Poly-Si電阻變化與摻雜濃度、晶粒尺寸之間關(guān)系：1、在同樣摻雜濃度下晶粒尺寸大的薄膜有較低的電阻率2、晶粒尺寸的大小和摻雜濃度相互作用，決定著每一個晶粒的耗盡的程度917.6.2多晶硅薄膜用途MOS器件的柵電極；超大規(guī)模集成電路中電極的多層布線；在雙極以及BiCMOS技術(shù)中，高摻雜的多晶硅薄膜也用來制作發(fā)射極；MEMS器件，如壓力傳感器的應(yīng)變電阻。良好的高溫工藝兼容性；與熱生長的二氧化硅有更好的接觸性能；在陡峭的臺階上淀積多晶硅有良好的保形性927.6.3Poly-Si薄膜制備工藝LPCVD，580-650℃，熱分解硅烷實現(xiàn)淀積；

T<580℃時淀積薄膜基本為非晶Si硅烷熱分解

SiH4（吸附）