薄膜淀积与外延技术(2).ppt

Dr.DaoliZhangOffice:Room409WestBuilding7Tel:电子工艺学

MicroelectronicProcessing

第五章薄膜淀积与外延技术

超薄膜: ~10nm薄膜:50nm─10mm典型薄膜:50nm─1mm厚膜:~10mm─~100mm单晶薄膜多晶薄膜无序薄膜5.1概述采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。薄膜分类

（1）物态（2）结晶态：（3）化学角度5.1概述

（4）组成（5）物性厚度，决定薄膜性能、质量通常，膜厚<数十μm，一般在1μm以下。薄膜的一个重要参数5.1概述

两种常见的薄膜结构单层膜周期结构多层膜SubstrateASubstrateABAB5.1概述

半导体薄膜：Si介质薄膜：SiO2，Si3N4,BPSG，…金属薄膜：Al，Cu，W，Ti，…在集成电路制备中，很多薄膜材料由淀积工艺形成单晶薄膜：Si,SiGe（外延）多晶薄膜：poly-SiDeposition5.1概述薄膜的应用：半导体器件；电路连接；电极；光电子器件；半导体激光器；光学镀膜

淀积是指在wafer上淀积一层膜的工艺，淀积薄膜的工艺有很多种，化学气相淀积、物理气相淀积、蒸发等很多。化学气相淀积（CVD）是通过气态物质的化学反应在wafer表面淀积一层固态薄膜的工艺。CVD法淀积薄膜可用以下几个步骤解释薄膜的生长过程：参加反应的气体传输到wafer表面；反应物扩散至wafer表面并吸附在其上；wafer表面发生化学反应，生成膜分子和副产物；膜分子沿wafer表面向膜生长区扩散并与晶格结合成膜；反应副产物随气流流动至排气口，被排出淀积区。5.1概述

1）化学气相淀积—ChemicalVaporDeposition(CVD)一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底表面发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。例如：APCVD,LPCVD,PECVD,HDPCVD2）物理气相淀积—PhysicalVaporDeposition(PVD)利用某种物理过程实现物质的转移，即将原子或分子转移到衬底（硅）表面上，并淀积成薄膜的技术。例如：蒸发evaporation，溅射sputtering两类主要的淀积方式5.1概述

除了CVD和PVD外，制备薄膜的方法还有:铜互连是由电镀工艺制作旋涂Spin-on镀/电镀electrolessplating/electroplating5.1概述

外延：在单晶衬底上生长一层新的单晶层，晶向取决于衬底外延硅应用举例5.1概述

CMOS栅电极材料；多层金属化电极的导电材料多晶硅薄膜的应用5.1概述

化学气相沉积[ChemicalVaporDeposition(CVD)]：是通过气态物质的化学反应在衬底上淀积薄膜的工艺方法。PolycrystallineSinglecrystal(epitaxy)CourtesyJohanPejnefors,20015.2化学气相沉积

化学气相沉积（CVD）是一种化学气相生长法。把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片，利用加热、等离子体、紫外光以及激光等能源，借助气相作用或在基板表面的化学反应（热分解或化学合成）生长要求的薄膜。CVD装置的主要部分：反应气体输入部分、反应激活能源供应部分和气体排出部分。CVD可以制备单晶、多相或非晶态无机薄膜，近年来，已研制出金刚石薄膜、高Tc超导薄膜、透明导电薄膜以及某些敏感功能薄膜。5.2化学气相沉积

对薄膜的要求组分正确，玷污少，电学和机械性能好片内及片间（每一硅片和硅片之间）均匀性好3.台阶覆盖性好（conformalcoverage—保角覆盖）填充性好平整性好5.2化学气相沉积

CVD法制备薄膜具有很多优点，如薄膜组分任意控制、生长温度低于组成物质的熔点、膜层均匀性好、薄膜纯度高、针孔少、结构致密。CVD分类：按淀积温度：低温（200～500℃）、中温（500～1000℃）和高温（1000～1300℃）按反应器内的压力：常压和低压按反应器壁的温度：热壁和冷壁按反应激活方式：热激活和冷激活5.2化学气相沉积

化学气相淀积（CVD）的应用及分类单晶(外延）、多晶、非晶（无定型）薄膜半导体、介质、金属薄膜常压化学气相淀积（AP