化学气相淀积.ppt

第六章 化学气相淀积,本章主要内容,CVD模型化学气相淀积系统CVD多晶硅的特性和淀积方法CVD二氧化硅的特性和淀积方法CVD氮化硅的特性及淀积方法金属的化学气相淀积,化学气相淀积,定义,化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition)简称CVD，是通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程。,特点,具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点。,常用的CVD系统,常压CVD(APCVD)、低压CVD(LPCVD)、等离子CVD(PECVD)。,Chemical Vapor Deposition,The Essential Aspects of CVD1.Chemical action is involved,either through chemical reaction or by thermal deposition(referred to as pyrolysis).2.All material for the thin film is supplied by an external source.3.The reactants in a CVD process must start out in the vapor phase(as a gas).,高温分解,分解,CVD Chemical Processes,1.Pyrolysis:a pound dissociates(breaks bonds,or deposes)with the application of heat,usually without oxygen.2.Photolysis:a pound dissociates with the application of radiant energy that breaks bonds.3.Reduction:a chemical reaction occurs by reacting a molecule with hydrogen.4.Oxidation:a chemical reaction of an atom or molecule with oxygen.5.Reduction-oxidation(redox):a bination of reactions 3 and 4 with the formation of two new pounds.,离解,氧气,高温分解,光分解,氢,还原氧化,还原,Stages of Film Growth,Figure 11.7,成核,聚合,参加反应的气体混合物被输运到淀积区；反应物分子由主气流扩散到衬底表面；反应物分子吸附在衬底表面上；发生反应，主生成物扩散进入晶体点阵；副产物分子从衬底表面解吸，由衬底外扩散到主气流，排出。,化学气相淀积的基本过程,化学气相淀积,要完成薄膜淀积，CVD的化学反应必须满足以下几个条件：,在淀积温度下，反应剂必须具备足够高的蒸汽压；,除淀积物外，反应的其他产物必须是挥发性的；,淀积物本身必须具有足够低的蒸汽压；,薄膜淀积所用的时间应该尽量短，以满足高效率和低成本的要求；,淀积温度必须足够低，以避免对先前工艺产生影响；,CVD不允许化学反应的气态副产品进入薄膜中；,化学反应应该发生在衬底表面。,边界层理论,在CVD反应室中，由于其内的气体分子的平均自由程远小于反应室的几何尺寸，可以认为气体是黏滞性流动的。,泊松流,如果假设沿主气流方向没有速度梯度，而沿垂直气流方向的流速为抛物线型变化，这就是泊松流（如下页图所示）。,边界层,如果假设沿主气流方向没有速度梯度，而沿垂直气流方向的流速为抛物线型变化，同时还存在反应剂浓度梯度的薄层被称为边界层，也称为附面层、滞留层。,边界层理论,边界层理论,边界层是一个过渡区域，存在于气流速度为零的硅片表面与气流速度为Um的主气流区之间。该层厚度定义为速度为零的硅片表面到气流速度为0.99Um时的区域厚度。如果定义从气流遇到平板边界时为坐标原点，在边界层厚度 与距离x之间的关系为：,边界层厚度,式中，是气体的黏滞系数，为气体密度。,边界层理论,上式中，Re为气体的雷诺系数，是流体力学中的一个无量纲数，它表示流体运动中惯性效应与黏滞效应的比。对于较低的Re值（小于2000），气体为平流型；即在反应室中沿各表面附近的气体流速足够慢；对于较大的Re值，气流的形式为湍流。,边界层的平均厚度,Grove模型,CG:反应剂在主气流中的浓度CS:反应剂在硅表面的浓度,F1=从主气流到衬底表面的反应剂流密度(流密度是指单位时间内流过单位面积的粒子数)F2=反应剂在表面反应后淀积成固态薄膜的流密度,Grove模型：控制薄膜淀积速率有两个重要的环节,反应剂在边界层中的输运过程；,反应剂在衬底表面上的化学反应过程。,Grove模型,-气相质量传输系数,表示单位时间内由气相传输到单位面积生长表面上的反应剂粒子数，具有速度量纲。,假设流密度F1正比于反应剂在主气流中的浓度Cg与硅表面处的浓度Cs之差，则：,假设在表面经化学反应淀积成薄膜的速率正比于反应剂在表面的浓度Cs，则流密度F2可表示为：,ks-表面化学反应速率常数,Grove模型,稳态时：F=F1=F2,由此得：,如果用N1表示形成一个单位体积薄膜所需要的原子数量，则稳态时薄膜的淀积速率G可表示为：,薄膜淀积速率,CT每立方厘米体积中分子的总数（包括反应剂和惰性气体）,Y反应剂的摩尔百分比,淀积速率与反应剂的浓度Cg或在气相中反应剂的摩尔百分比Y成正比；,当Cg和Y为常数时，薄膜淀积速率将由ks和hg中较小的一个决定。,在多数的CVD过程中，反应剂先被惰性气体稀释，在这种情况下，气体中反应剂的浓度Cg定义为：,薄膜淀积速率,当kShg时，淀积速率由表面反应速率控制,当Cg和Y为常数时，存在两种极端情况：,当kShg时，淀积速率由质量输运速率控制,由此可知，表面化学反应对温度非常敏感。,由此可知，质量输运速率对边界层的厚度较敏感。,薄膜淀积速率,高温情况下，kshg，淀积速率通常由质量输运控制；,低温情况下，kshg，淀积速率通常由表面化学反应控制。,hg对温度不敏感,化学气相淀积系统,CVD系统通常包含以下子系统：,气态源或液态源,气体输入管道,气体流量控制系统,反应室,基座加热及控制系统,温度控制及测量系统,减压系统（LPCVD和PECVD),LPCVD Reactor,CVD的气体源,此方法适用于：对蒸气压和温度敏感的反应剂加热下易分解的反应剂,冒泡法,加热液态源，使其气化,液态源的输送方法：冒泡法、加热液态源、液态源直接注入法。,液态源比气态源安全，目前主要使用液态源。,气体流量控制由质量流量控制系统实现，主要包括质量流量计和阀门。,CVD反应室的热源,假设反应室的侧壁温度为Tw，放置硅片的基座温度为Ts，则,若Tw=Ts，称为热壁式CVD系统；,若Tw Ts，称为冷壁式CVD系统。,加热淀积系统的方式：,电阻加热法,电感或高能辐射灯加热法,CVD系统的分类,常压化学气相淀积（APCVD),低压化学气相淀积（LPCVD:0.01 to 1 torr),等离子体增强化学气相淀积（PECVD),APCVD 的特点,Advantages:High deposition rates,simple,high throughput.Easily handle large-diameter wafers.Disadvantages:Poor uniformity,high contamination level,purity is less than LPCVD.Require high gas-flow rates.Used mainly for dielectrics(thick oxides).Eg.SiO2 passivation layer（钝化层）,APCVD反应器的结构示意图,Gas Injection-Type Continuous-Processing APCVD Reactor,移动热板,连续传导加热APCVD,Horizontal Tube APCVD Reactor,水平管热感应式APCVD,Tilting the susceptor（基座）increases the gas velocity which helps to keep constant.This structure also pensates for the reactant depletion along the reactive tube.,LPCVD的特点,特点,相比于APCVD，在均匀性和台阶覆盖等方面具有优越性。对温度比较敏感，温度相对来说较易控制，对反应室结构要求不高，可放置较多的硅片，但具有相对低的淀积速率相对高的工作温度。,在中等温度和真空条件下，LPCVD的淀积速率受表面反应控制(kshg）,eg.Ptotal:1atm1torr.DG will go up 760 times at 1 torr,while increases by about 7 times.Thus hG will increase by about 100 times.,LPCVD反应器的结构示意图,3-zone Furnace,LPCVD的特点,存在问题,远离入气口处的硅片表面上的反应剂浓度会低于靠近入气口处的硅片表面上的浓度，由于是表面反应速度控制淀积速度，而表面反应速度又正比于表面上的反应剂浓度，所淀积的膜厚也就低于靠近入气口处的膜厚。所谓气缺现象，即当气体反应剂被消耗而出现的反应剂浓度改变的现象。,改进措施,（1）在水平方向上逐渐提高温度来加快反应速度，从而提高了淀积速率，但会影响薄膜质量；（2）采用分布式的气体入口；（3）增加反应室中的气流速度。,PECVD的特点,APCVD和LPCVD是按气压分类的，PECVD是按反应激活能分类。在化学气相淀积中，不仅可以利用热能来激活和维持化学反应，也可以通过非热能的射频等离子体来激活和维持化学反应，此反应可在低温下进行。故PECVD具有较低的淀积温度，同时又有更高的淀积速率。,低温淀积是PECVD的一个突出优点，其淀积的薄膜具有良好的附着性、低针孔密度、良好的阶梯覆盖、良好的电学特性、可以与精确图形转移工艺兼容。,受表面化学反应控制，精确控制衬底的温度，可得到均匀的薄膜。,PECVD的特点,等离子体中的电子从电场中获得足够高的能量，当与反应气体的分子碰撞时，这些分子将分解成多种成份：离子、原子以及活性基团，这些活性基团不断吸附在基片表面上，吸附在表面上的活性基团之间的化学反应生成薄膜层。,表面吸附的离子受到离子和电子的轰击，易迁移，发生重新排列。淀积的薄膜有良好的均匀性，以及填充小尺寸结构的能力。,在PECVD的操作过程中，除了受气流速度、温度和气压等参数的影响外，淀积过程还依赖于射频功率密度、频率等参数。,平行板型PECVD反应器的结构示意图,电容耦合的射频PECVD,High Density Plasma Deposition Chamber,Photograph courtesy of Applied Materials,Ultima HDPCVD Centura,CVD三种方法比较,多晶硅薄膜,优点,多晶硅与随后的高温热处理工艺有很好的兼容性；,与Al栅相比，多晶硅与热生长二氧化硅的接触性能更好；,在陡峭的台阶上淀积多晶硅时能够获得很好的保形性。,应用,高掺杂多晶硅在MOS集成电路中作为栅电极；,将高电导率的钨、钛等的硅化物做在多晶硅上，制作低方块电阻的薄层互联引线；,高掺杂多晶硅在BiCMOS工艺中制作发射极；,在SRAM中，使用低掺杂多晶硅作高值负载电阻；,低掺杂多晶硅在介质隔离技术中填充深槽。,由多个小单晶硅的晶粒，可以组成多晶硅薄膜。,多晶硅薄膜的性质,物理结构,由小单晶组成，多晶界；薄膜为非晶或多晶（取决于工艺），非晶经热处理可转为多晶；晶界的不完整性和晶粒表面原子周期性排列受到破坏，所以该区域具有高密度缺陷和悬挂键；晶界处的扩散系数明显高于晶粒内部的扩散系数；高温时存在于晶粒间的杂质在低温时会运动到晶界。,力学特性：,内部应力为压应力,多晶硅薄膜的性质,电学特性,多晶硅的电阻率高于单晶硅的电阻率；,（1）掺杂原子在热处理过程中易到晶界处，不能有效贡献自由载流子；（2）晶界处的悬挂键俘获自由载流子。,晶粒尺寸大的多晶硅的电阻率低；,晶粒尺寸的大小和掺杂浓度相互作用，决定着晶粒耗尽的程度，小晶粒更易耗尽。,化学气相淀积多晶硅,多晶硅薄膜的淀积方法,一般采用LPCVD，在580-650C下热分解硅烷实现的。,淀积中需注意的问题,如分解发生在气相，气相中凝聚成核，将生成粗糙多孔硅层，不符合IC制作要求，故气体中硅烷应用氢气稀释；,LPCVD时，应在反应室的出口到入口之间设置温度梯度，解决在反应室中沿气流方向因化学反应而使反应剂浓度不断下降，及气缺现象而引起的淀积速率降低；或使用分布式入口。,化学气相淀积多晶硅,淀积条件对多晶硅结构的影响,T=625 左右时,淀积的薄膜以晶向的晶粒占主导；,T580,淀积的薄膜基本是多晶。,T580,淀积的薄膜基本为非晶态；,T=675 左右时,淀积的薄膜以晶向的晶粒占主导；,T675 时,淀积的薄膜以晶向的晶粒占主导。,淀积条件对多晶硅淀积速率的影响,化学气相淀积多晶硅,多晶硅的掺杂技术,一、扩散掺杂,在淀积完成之后在较高的温度下进行掺杂。,优点：能够在多晶硅薄膜中掺入浓度很高的杂质，同时完成掺杂和退火工艺。,缺点：温度较高，薄膜表面粗糙程度增加。,二、离子注入,淀积后的离子注入和退火。,特点：可精确控制掺入杂质的数量，适合于不需要太高掺杂的多晶硅薄膜，形成的高掺杂多晶硅电阻率约为扩散形成的电阻率的10倍。,多晶硅的掺杂有3种工艺：扩散、离子注入、原位掺杂。,多晶硅的掺杂技术,多晶硅的掺杂技术,三、原位掺杂,原位掺杂是指杂质原子在薄膜淀积的同时被结合到薄膜中。即一步完成薄膜的淀积和对薄膜的掺杂。,掺杂时，在退火之前，必须先淀积或者热生长一层氧化物覆盖层，以免在退火过程中杂质通过表面逸散。如果淀积温度足够高，可直接淀积成多晶硅薄膜，并能够形成足够低的电阻率，那么高温度退火就可省略。,原位掺杂虽然比较简单，但薄膜厚度的控制、掺杂的均匀性及淀积速率都随着掺杂气体的加入变得相当复杂。,CVDSiO2薄膜的特性,SiO2薄膜的作用,CVDSiO2薄膜的特性,对CVD制作的SiO2薄膜的要求,厚度均匀、结构性能好，离子和化学玷污要低，与衬底之间有良好的黏附性，具有较小的应力以防止碎裂，完整性要好以获得较高的介质击穿电压，较好的台阶覆盖以满足多层互联的要求，针孔密度要低，较低的K值以获得高性能器件和较高的产率。,CVD的SiO2薄膜的特点,CVD的二氧化硅也是由Si-O四面体组成的无定型网络结构，同热氧化的二氧化硅相比，密度较低，硅与氧数量之比与热生长二氧化硅也存在轻微的差别，因而薄膜的力学和电学特性也就有所不同。,CVDSiO2薄膜的特性,衡量SiO2薄膜的指标,当n1.46时，表明该薄膜是富硅；当n1.46时，表明该薄膜是低密度多孔薄膜。,通常把CVD二氧化硅薄膜的折射系数n与热氧化生长二氧化硅薄膜的折射系数1.46的偏差，作为衡量CVD二氧化硅薄膜的质量的一个指标。,（1）低温CVD SiO2：低于500；（2）中温LPCVD SiO2：500800；（3）TEOS与臭氧混合源的SiO2淀积：低于500左右。,CVDSiO2的方法,CVD SiO2的方法,一、低温CVD SiO2,LPCVD 或 APCVD(250 450),SiH4+O2 SiO2+2 H2,低温淀积生成的SiO2薄膜的密度低于热生长二氧化硅，折射系数为1.44，较易腐蚀。可在700-1000温度范围内进行热处理，以实现致密化。,（1）,硅烷为源的低温CVD SiO2,CVDSiO2的方法,PECVD(200 400),SiH4+2N2O(气）SiO2+2 N2+H2,PECVD的SiO2中经常含有氮和氢。薄膜被加热时，氢很容易运动而离开薄膜，扩散能力很低的氮，不容易离开薄膜，从而影响薄膜的性质。（见下页图）,传统PECVD的二氧化硅膜中，针孔数量较少，同时对金属的黏附性也很好，但台阶覆盖性较差，较少使用。高密度等离子体的出现使得PECVD可在120 下制备高质量的SiO2。原子形态的反应物具有更高的反应率，因而在低温下可得到致密的薄膜。,CVDSiO2的方法,等离子体的射频功率,较低的淀积温度和较高的N2O:SiH4 比值都将导致较低的薄膜密度和较快的刻蚀速率。,CVDSiO2的方法,（2）,TEOS为源的低温PECVD SiO2,Si(OC2H5)4+O2SiO2+副产品,淀积的薄膜具有更好的台阶覆盖和间隙填充特性，淀积温度低，可用来形成多层布线中金属层之间的绝缘层淀积。,可在淀积源中加入掺杂源同时进行掺杂：在淀积源中加硼酸三甲酯（TMB)可实现硼的掺杂；在淀积源中加磷酸三甲酯（TMP)可实现磷的掺杂。,正硅酸四乙酯，简称TEOS,二、中温LPCVD淀积SiO2,CVDSiO2的方法,淀积温度：680 730,Si(OC2H5)SiO2+4C2H4+2H2O,以TEOS代替SiH4除了安全外，淀积的薄膜具有更好的保形性。,三、TEOS与臭氧混合源的SiO2淀积,淀积温度：低于500,在TEOS中加入臭氧（O3）做为反应剂通过APCVD淀积SiO2可以得到很高的淀积速率。淀积的薄膜具有很好的保形性，可以很好地填充沟槽以及金属线之间的间隙。,CVD SiO2薄膜的台阶覆盖,保形覆盖,无论衬底表面有什么样的倾斜图形，在所有图形的上面都能淀积相同厚度的薄膜。,形成保形覆盖的条件,被衬底表面吸附的反应剂能快速表面迁移，即反应剂到达衬底表面上任何一点的几率都是相同的。,CONFORMAL:Long mean free pathEither:Rapid surface migrationor:low sticking coefficient,CVD SiO2薄膜的台阶覆盖,形成非保形覆盖的原因,（1）因到达角的取值范围不同，故薄膜的厚度不同。薄膜在台阶顶部b处最厚，而在拐角处c最薄；,（2）若反应剂分子的平均自由程很长，且在衬底表面上的迁移能力又很低的情况下，则会发生遮蔽效应，受到掩蔽的点处的膜厚小于没受到掩蔽的点处的膜厚.,到达该点的反应剂总量,遮蔽效应,CVD SiO2薄膜的台阶覆盖,形成非保形覆盖的原因,（3）决定反应气体分子到衬底表面的特殊位置的三机制：入射、再发射(PECVD)及表面迁移（LPCVD)。一般认为再发射机制是决定保形覆盖的关键因素。,入射：气体分子平均自由程比器件尺寸大得多，气体分子在与表面不发生碰撞的情况下直接进入沟槽的内部。,再发射：是在黏滞系数小于1时出现的传输过程。气体分子经常与侧壁发生多次碰撞，而后才固定在表面的某个位置。,表面迁移：反应物分子在被黏附之前在表面发生的迁移，通常被认为是台阶覆盖中的决定因素。但一般认为再发射机制是决定保形覆盖的关键因素。,CVD SiO2薄膜的台阶覆盖,CVD掺杂SiO2,磷硅玻璃（PSG),在淀积SiO2的气体中同时掺入PH3，就可以形成磷硅玻璃;PSG中包含P2O5和SiO2两种成份，是一种二元玻璃网络体；PSG对水汽的阻挡能力不强，但它可以吸收碱性离子，比BPSG有更好的吸杂作用；PSG在高温下可以流动，从而可以形成更为平坦的表面，使随后淀积的薄膜有更好的台阶覆盖。,SEM photographs(3200 x)showing surfaces of 4.6 wt.%P-glassannealed for different times in steam at 1100oC.,SEM cross sections(10,000 x)of samples with different weight percent of phosphorus annealed in steam at 1100oC for 20 minutes.,PSG作为最终钝化层时，允许的含磷量最大为6wt%，这样可防止磷酸的形成,CVD掺杂SiO2,硼磷硅玻璃(BPSG),BPSG，在850 下玻璃回流平坦化，可实现对衬底上陡峭台阶的良好覆盖。此回流温度比PSG的1000-1100 要低，可降低浅结中的杂质扩散。,BPSG的流动性取决于薄膜的组分、工艺温度、时间以及环境气氛。,在淀积磷硅玻璃的反应气体中掺入硼源（例如B2H6)，可以形成三元氧化薄膜系统（B2O3-P2O5-SiO2），即硼硅玻璃。,CVD氮化硅的特性及淀积方法,氮化硅薄膜的应用,（1）钝化层和机械保护层；（2）硅选择性氧化的掩蔽膜；（氧很难通过氮化硅）（3）电容中的绝缘材料；（4）作为MOSFETs的侧墙；（5）浅沟隔离的CMP的停止层。,氮化硅具有较高的介电常数，不能作为层间绝缘层，否则会造成较大的寄生电容。氮化硅与硅直接接触产生应力，形成界面态，往往先淀积一层二氧化硅作为缓冲层，在淀积一层作为掩蔽的氮化硅。,氮化硅薄膜是无定形的绝缘材料，在ULSI中的主要应用有：,CVD氮化硅的特性及淀积方法,氮化硅薄膜适合于作为钝化层的原因,（1）对于扩散来说，具有非常强的掩蔽能力，尤其是钠和水汽在氮化硅中的扩散速度非常慢；（2）通过PECVD可以制备出具有较低应力的氮化硅薄膜；（3）可以对底层金属实现保形覆盖；（4）薄膜中的针孔很少。,CVD氮化硅的淀积方法,1、中等温度(780820)的LPCVD,影响LPCVD氮化硅质量的因素主要包括：温度、总气压、反应剂比例、反应室内的温度梯度。,LPCVD氮化硅薄膜最常用的反应剂是SiH2Cl2和NH3，淀积温度在700800，反应式如下：,3SiH2Cl2+4NH3Si3N4+6HCl+6H2,LPCVD氮化硅的薄膜密度很高，介电常数为6，并且比PECVD氮化硅薄膜有更好的化学配比。此外，还具有比较好的台阶覆盖性和较少的粒子污染。,CVD氮化硅的淀积方法,2、低温(300)的PECVD,PECVD氮化硅的淀积速率和有关参数强烈地依赖于射频功率、气流、反应室压强以及射频频率、温度等。,PECVD氮化硅的反应式如下：,SiH4+NH3（或N2）SixNy+H2,如果采用SiH4和N2作为反应剂，N2和SiH4之比要高，以防止形成富硅薄膜。薄膜的淀积速率较低，同SiH4-NH3反应制备的薄膜相比，击穿电压比较低，台阶覆盖也比较差。,CVD淀积反应总结,氮化硅,金属的化学气相淀积,熔点 Al 660 Cu 1083 W 3380 Mo 2600,一、钨的化学气相淀积,钨的用途,Contact Via（对小尺寸孔，钨的填充能力比铝好）；局部互连材料（钨导电率较低，只能用于局部互联）,钨的特点,钨是最广泛用于互连的难熔金属，具有以下优点：,体电阻率小；热稳定性好；应力低，保形性好；抗电迁移能力和抗腐蚀性强。,缺点：电阻率相对铝高，在氧化物和氮化物上附着力差。,金属的化学气相淀积,CVD钨的化学反应式,硅与WF6的还原反应式:2WF6+3Si 2W+3SiF4 氢气与WF6的还原反应式:WF6+3H2 W+6HF 硅烷与WF6的还原反应式:2WF6+3SiH4 2W+3SiF4+6H2,金属的化学气相淀积,钨的淀积方法,覆盖式：过程复杂，费用高，但比较成熟。选择式：存在问题，如选择性差，横向扩展，空洞形成。,覆盖式化学气相淀积钨与回刻,表面原位预清洁：去除硅表面的自然氧化物及铝通孔上的铝的氧化物。淀积接触层：淀积Ti层，因为Ti比TiN与衬底之间的接触电阻比较小。淀积附着层/阻挡层：淀积的TiN比Wu在一些绝缘层上的附着能力好。淀积钨：覆盖式钨的CVD，用钨进行填充接触孔和通孔必须完全填充。钨膜回刻；附着层/阻挡层的刻蚀。,用钨填充接触孔和通孔的工艺步骤：,金属的化学气相淀积,在钨的覆盖式淀积过程中会遇到的问题：,CVD钨膜的应力；在晶片背面和侧边的钨淀积；CVD钨过程中形成的微粒；接触孔以及通孔的钨栓电阻；覆盖式钨淀积过程中出现的失效情况。,覆盖式CVD钨在填充沟槽时形成的空洞,金属的化学气相淀积,二、硅化钨的化学气相淀积,硅化钨的用途,（1）采用WSix膜的polycide结构；（2）在IC存储器芯片中被大量用作字线和位线，（3）WSix也可作为覆盖式钨的附着层。,多晶硅/难熔金属硅化物,金属的化学气相淀积,化学气相淀积硅化钨的优点,操作不需要高真空的环境就可以生产高纯度的WSix膜，产量可观，比PVD有更好的台阶覆盖，各硅片之间有较好的均匀性。,淀积硅化钨的化学反应式,WF6(g)+2SiH4(g)WSi2(s)+6HF(g)+H2(g),WF6(g)+3.5Si H2 Cl2(g)WSi2(s)+1.5SiCl4(g)+6HF(g)+HCl(g),金属的化学气相淀积,三、TiN化学气相淀积,TiN的用途,在ULSI互连中可以使用铝合金或者铜材料作为互联线或者进行接触孔和通孔的填充，在这些薄膜的下面不可避免的都要先淀积一层薄膜。这层薄膜对于淀积在它之上的金属层，主要起两个作用：1.对铝合金层，它作为扩散阻挡层防止金属互连层之间形成接触点；2.对于钨或者铜的覆盖层，它既作为扩散阻挡层又作为附着层。（这种膜层称为衬垫）,TiN薄膜即起到以上的两个作用。,金属的化学气相淀积,淀积TiN的方法,1.通过TiCl4和NH3反应，在热LPCVD中完成，用于接触孔的淀积；2.使用金属有机化合物，淀积温度与铝互连的温度相近，即可用在通孔的淀积，也可用在互连线的接触孔的淀积。,淀积TiN的化学反应式,6TiCl4(g)+8NH3(g)6TiN(s)+24HCl(g)+N2(g),金属的化学气相淀积,四、铝的化学气相淀积,CVD铝的优点,淀积铝的方法,使用有机金属化合物淀积铝需注意的问题,对接触孔填充性好，电阻率低，一次完成填充和互连。,采用有机金属化合物源，有以下三种：1.TMA;2.DMAH;3.DMEAA,1、安全；2、保持稳定性；3、CVD铝抗电迁移能力较差。,1.采用CVD铝铜合金技术；2.制备复合层,解决方法,作 业,1.化学气相淀积SiO2与热生长SiO2相比较，下面哪些说法是正确的：（1）CVD SiO2，衬底硅不参加反应；（2）CVD SiO2，衬底硅参加反应；（3）CVD SiO2，温度高；（4）CVD SiO2，温度低。A（1），（3）B.（1）,（4）C.（2）,（4）D.（2）,(3)2.Si3N4薄膜在集成电路中的应用主要有：A钝化膜 B.选择氧化 C.电容介质由于氮化硅氧化速率极低，因此被用作（）的掩蔽膜。由于氮化硅膜介电常数大，所以被用作（）。3.LPCVD淀积过程中主要控制参数有：(1)压力(2)温度(3)温度梯度(4)反应气体浓度(5)反应气体比例A(1),(2)B.(1),(2),(4)C.(2),(3),(4)D.(1),(2),(3),(4),(5),4.LPCVD与APCVD相比，哪个均匀性好（）ALPCVD B.APCVD5.LPCVD与APCVD相比，哪个投片量大（）ALPCVD B.APCVD6.LPCVD与APCVD相比，哪个温度低（）ALPCVD B.APCVD7.实现对多晶硅的掺杂，有以下三种方法：扩散法、_法和离子注入法。,作 业,作 业,1.什么是化学气相淀积？其特点是什么？2.常用的化学气相淀积有哪几种？各有什么特点？3.高温和低温条件下，淀积速率分别由什么控制？4.简述在MOS器件中，使用多晶硅材料作为器件低阻栅电极的好处。5.什么是保形覆盖？决定保形覆盖的关键因素是什么？6.什么情况下会发生遮蔽效应？7.简述氮化硅薄膜在ULSI中的主要应用。8.什么是衬垫？,