3薄膜生长解析.pptx

集成集成电路工路工艺基基础 3、薄膜生、薄膜生长（PVD和和CVD）微微电子学院子学院 戴戴显英英2014年年9月月30日日课程内容1、引言、引言2、硅片制备与高温工艺（拉单晶、氧化、扩散）、硅片制备与高温工艺（拉单晶、氧化、扩散）3、薄膜生长（、薄膜生长（PVD和和CVD）4、掺杂技术（扩散、注入）、掺杂技术（扩散、注入）5、光刻与刻蚀工艺（曝光、刻蚀）、光刻与刻蚀工艺（曝光、刻蚀）6、金属化与多层互连（薄膜淀积、介质）、金属化与多层互连（薄膜淀积、介质）7、CMOS集成电路工艺流程集成电路工艺流程8、双极集成电路和、双极集成电路和BiCMOS的工艺集成的工艺集成Jincheng Zhang3CVD:Chemical Vapor Deposition 化学气相淀积 如：SiH4(气)+2O2(气)SiO2(固)+2H2O(气)PVD:Physical Vapor Deposition 物理气相淀积 薄膜生长薄膜生长（PVD、CVD）Jincheng Zhang4物理气相淀积(PVD)n定义：利用某种物理过程如蒸发或溅射方法实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底(硅)表面上，并淀积成薄膜。n分类：真空蒸发法 和 溅射法n真空蒸发法 优点：较高淀积速率，较高薄膜质量(系统真空度高)缺点：台阶覆盖能力差，淀积多元薄膜时组份难控制n溅射法 优点：淀积多元薄膜时组份易控制，淀积薄膜与衬底附着性好n溅射法在很大程度上已经取代了真空蒸发法，但真空蒸发法在科研和III-V族化合物半导体工艺中仍被采用。Jincheng Zhang5真空蒸发法n定义（原理）：利用蒸发材料在高温时所具有的饱和蒸气压进行薄膜 制备。n分类 热蒸发：通过加热蒸发源使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸汽 流并入射到衬底表面，凝结形成固态薄膜；（对于熔点不是很高，易熔化的材料）电子束蒸发：利用定向高能电子束照射蒸发源使其获得高温，从而蒸 发获得固态薄膜。(对于高熔点难熔材料)n衬底为低温，蒸发源为高温Jincheng Zhang6真空蒸发法制备薄膜的基本过程n加热蒸发过程：对蒸发源加热，使其温度接近或达到蒸发材料的熔点，则固态源表面的原子容易逸出，转变为蒸气。n原子或分子蒸气在蒸发源与衬底基片之间气相输运：飞行过程中会与真空室内的残余气体分子发生碰撞，碰撞次数取决于真空度和源与衬底间距离；n被蒸发的原子或分子在衬底表面的淀积过程：凝结、成核、生长或成膜。由于衬底温度低于蒸发源温度，同时被蒸发原子只具有很低能量，在衬底表面不具有运动能力，直接凝结成膜。Jincheng Zhang7高纯薄膜淀积必须在高真空度系统中进行（1）防止被蒸发的原子或分子在输运过程中不断与残余气体 分子碰撞；（2）残余气体中的氧和水汽会使金属原子或分子在输运过程 中发生氧化，同时也将使加热的衬底表面发生氧化；（3）残余气体中所含杂质也会淀积到薄膜中，影响薄膜质量。Jincheng Zhang8真空常用数据真空区域真空区域压强范围压强范围乇乇(Torr)帕帕(Pa)低真空低真空760101013251333中真空中真空1010-313331.3x10-1高真空高真空10-310-81.33x10-110-6超高真空超高真空10-810-1210-610-10极高真空极高真空10-12 ks，反应控制过程，故 G与T呈指数关系；n高温下，hg ks，质量输运控制过程，hg对T不敏感，故 G趋于平稳。Jincheng Zhang50总结nPVD：主要蒸发金属，不涉及化学反应，高真空工作；nCVD：主要淀积介质和半导体，涉及化学反应，有常压、低压和PECVD之分。nPVD vs CVD