半导体器件原理与工艺
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➢ O2 : silane = 3:1 ➢ N2 diluent 改善表面 ➢ PSG(phosphosilicate
glasses) reflow ➢ BPSG(Borophosphosilic
ate glasses) reflow
半导体器件原理与工艺
Hot wall LPCVD
▪ 热壁
➢ 温度分布均匀、对 流效应小
➢ Cold wall parallel plate ➢ Hot wall parallel plate ➢ ECR (Electron cyclotron Resonance)
半导体器件原理与工艺
PECVD
半导体器件原理与工艺
PECVD
▪ ECR
➢ N2 ⇒ 2N ➢ N与Silane反应形成 SixNy ➢ HDP(High Density Plasma)的低压强0.01 Torr导致长的
➢ 硅片平放
▪ LPCVD = Low Pressure CVD
➢ 硅片竖放
▪ PECVD = Plasma Enhanced CVD
➢ 硅片平放
▪ HDPCVD = High-Density CVD
➢ 硅片平放
半导体器件原理与工艺
CVD膜在半导体生产中的应用
▪ 介质膜在IC中的应用
➢ 金属前介质层PMD
PECVD
半导体器件原理与工艺
A: PECVD B: 亚大气压加热
C: HDPCVD
PECVD
▪ Si3N4 PECVD Growth rate density atomic content
▪ PECVD silicon nitride用于metal interconnect的隔离 层
半导体器件原理与工艺
high freq. tensile stress Low freq. compressive stress
半导体器件原理与工艺
PECVD(Plasma-Enhanced CVD)
▪ 应用
➢ Al上淀积SiO2 ➢ GaAs上淀积Si3N4
▪ RF plasma给系统提供能量 ▪ PECVD 类型
平均自由程step coverage差 若系统设计成有一定的离子轰击，可以改善台阶
▪ PECVD Silicon nitride
➢ final passivation or scratch protection layer ➢ 300 – 400℃, Ar or He
SiH4 NH3 or N2
半导体器件原理与工艺
• A.淀积温度不受限制 • B.通常使用BPSG\PSG
➢ 金属间介电层IMD
材料
K*
真空
1.00000
大气
1.00054
水
78
二氧化硅 3.9
• A.淀积温度受限制
氮 化硅 7.0
• B.要求低的介电常数
硅
12.0
C K *0 A
d
半导体器件原理与工艺
timedelay R*C
CVD膜在半导体生产中的应用-1
半导体加工工艺原理
▪ 概述 ▪ 半导体衬底 ▪ 热氧化 ▪ 扩散 ▪ 离子注入 ▪ 光刻 ▪ 刻蚀
▪ 物理淀积
▪ CMOS
半导体器件原理与工艺
CVD
▪ 利用化学反应的方式在反应室内将反应物 （通常为气体)生成固态的生成物，并沉积 在硅片表面的一种薄膜沉积技术
▪ 气相淀积具有很好的台阶覆盖特性 ▪ APCVD = Atmospheric Pressure CVD
▪ 冷壁系统
➢ 减低壁上淀积
▪ 低压: 0.1-1.0Torr
半导体器件原理与工艺
CVD后的热回流
BPSG 平坦化前
BPSG 平坦化后 应力
半导体器件原理与工艺
在PSG中掺入4-6%（wet) 的磷可以使SiO2软化并流动 Metal 1 以平坦化，掺磷过多会对铝
的腐蚀，掺磷过少就没有熔 流特性。掺入1-4%的硼将 使热熔流的温度降低。
PECVD(Plasma-Enhanced CVD)
氧化物淀积 积与 氮氧化硅
半导体器件原理与工艺
Metal CVD
▪ 溅射的台阶覆盖不好 ▪ 过去的技术：
➢ “钉头”降低了布线 密度
▪ 金属CVD可以填充接 触孔
半导体器件原理与工艺
Metal CVD
▪ Wu CVD <400oC ▪ TiN黏附层
Metal 1
LPCVD
▪ 多晶硅淀积
➢ 575-650oC ➢ 淀积速率：100-
1000A/min ➢ 非晶态 <600oC ➢ PH3原位掺杂
▪ Si3N4淀积
➢ 700-900oC
半导体器件原理与工艺
LPCVD Si3N4
▪ Thickness is below 300nm for IC application ▪ Silicon-rich or low stress nitride can grown
over 1um ▪ SixNy can be deposited below 400 ℃ at
PECVD reactor ▪ Stress can be controlled during deposition
by controlling the excitation frequency of plasma:
➢ CVD导电膜因其较好的填充能力被用来作为内连 线或导电埋层，插塞，如钨
半导体器件原理与工艺
Chemical Vapor Deposition (CVD)
▪ 化学反应过程 ▪ 气体通过热反应腔时
发生分解反应
半导体器件原理与工艺
CVD反应过程
1) 参加反应的气体混合物被输运到沉积区 2) 反应物由主气流扩散到衬底表面。 3) 反应物分子吸附在衬底表面上 4) 吸附物分子间或吸附分子与气体分子间发生化
▪ 介质膜在IC中的应用
➢ 钝化层（Passivation)
• A.淀积温度受到金属熔点的限制 • B.用于保护器件，使其免受水汽、灰尘、可动离子的影
响以及其他不希望的外界影响
▪ 半导体Baidu Nhomakorabea在IC中的应用
➢ CVD半导体膜可作为外延层、掺杂导电膜等，如 多晶硅，化合物半导体GaAs
▪ 导电膜在IC中的应用
学反应，生成硅原子和化学反应副产物，硅原 子沿衬底表面迁移并结合进入晶体点阵内 5) 反应副产物分子从衬底表面解吸 6) 副产物分子由衬底表面外扩散到主气流中，排 出沉积区。
半导体器件原理与工艺
APCVD
▪ 淀积速率快 ▪ 系统简单 ▪ 均匀性差 ▪ 硅片温度240-450OC ▪ 常用淀积SiO2
glasses) reflow ➢ BPSG(Borophosphosilic
ate glasses) reflow
半导体器件原理与工艺
Hot wall LPCVD
▪ 热壁
➢ 温度分布均匀、对 流效应小
➢ Cold wall parallel plate ➢ Hot wall parallel plate ➢ ECR (Electron cyclotron Resonance)
半导体器件原理与工艺
PECVD
半导体器件原理与工艺
PECVD
▪ ECR
➢ N2 ⇒ 2N ➢ N与Silane反应形成 SixNy ➢ HDP(High Density Plasma)的低压强0.01 Torr导致长的
➢ 硅片平放
▪ LPCVD = Low Pressure CVD
➢ 硅片竖放
▪ PECVD = Plasma Enhanced CVD
➢ 硅片平放
▪ HDPCVD = High-Density CVD
➢ 硅片平放
半导体器件原理与工艺
CVD膜在半导体生产中的应用
▪ 介质膜在IC中的应用
➢ 金属前介质层PMD
PECVD
半导体器件原理与工艺
A: PECVD B: 亚大气压加热
C: HDPCVD
PECVD
▪ Si3N4 PECVD Growth rate density atomic content
▪ PECVD silicon nitride用于metal interconnect的隔离 层
半导体器件原理与工艺
high freq. tensile stress Low freq. compressive stress
半导体器件原理与工艺
PECVD(Plasma-Enhanced CVD)
▪ 应用
➢ Al上淀积SiO2 ➢ GaAs上淀积Si3N4
▪ RF plasma给系统提供能量 ▪ PECVD 类型
平均自由程step coverage差 若系统设计成有一定的离子轰击，可以改善台阶
▪ PECVD Silicon nitride
➢ final passivation or scratch protection layer ➢ 300 – 400℃, Ar or He
SiH4 NH3 or N2
半导体器件原理与工艺
• A.淀积温度不受限制 • B.通常使用BPSG\PSG
➢ 金属间介电层IMD
材料
K*
真空
1.00000
大气
1.00054
水
78
二氧化硅 3.9
• A.淀积温度受限制
氮 化硅 7.0
• B.要求低的介电常数
硅
12.0
C K *0 A
d
半导体器件原理与工艺
timedelay R*C
CVD膜在半导体生产中的应用-1
半导体加工工艺原理
▪ 概述 ▪ 半导体衬底 ▪ 热氧化 ▪ 扩散 ▪ 离子注入 ▪ 光刻 ▪ 刻蚀
▪ 物理淀积
▪ CMOS
半导体器件原理与工艺
CVD
▪ 利用化学反应的方式在反应室内将反应物 （通常为气体)生成固态的生成物，并沉积 在硅片表面的一种薄膜沉积技术
▪ 气相淀积具有很好的台阶覆盖特性 ▪ APCVD = Atmospheric Pressure CVD
▪ 冷壁系统
➢ 减低壁上淀积
▪ 低压: 0.1-1.0Torr
半导体器件原理与工艺
CVD后的热回流
BPSG 平坦化前
BPSG 平坦化后 应力
半导体器件原理与工艺
在PSG中掺入4-6%（wet) 的磷可以使SiO2软化并流动 Metal 1 以平坦化，掺磷过多会对铝
的腐蚀，掺磷过少就没有熔 流特性。掺入1-4%的硼将 使热熔流的温度降低。
PECVD(Plasma-Enhanced CVD)
氧化物淀积 积与 氮氧化硅
半导体器件原理与工艺
Metal CVD
▪ 溅射的台阶覆盖不好 ▪ 过去的技术：
➢ “钉头”降低了布线 密度
▪ 金属CVD可以填充接 触孔
半导体器件原理与工艺
Metal CVD
▪ Wu CVD <400oC ▪ TiN黏附层
Metal 1
LPCVD
▪ 多晶硅淀积
➢ 575-650oC ➢ 淀积速率：100-
1000A/min ➢ 非晶态 <600oC ➢ PH3原位掺杂
▪ Si3N4淀积
➢ 700-900oC
半导体器件原理与工艺
LPCVD Si3N4
▪ Thickness is below 300nm for IC application ▪ Silicon-rich or low stress nitride can grown
over 1um ▪ SixNy can be deposited below 400 ℃ at
PECVD reactor ▪ Stress can be controlled during deposition
by controlling the excitation frequency of plasma:
➢ CVD导电膜因其较好的填充能力被用来作为内连 线或导电埋层，插塞，如钨
半导体器件原理与工艺
Chemical Vapor Deposition (CVD)
▪ 化学反应过程 ▪ 气体通过热反应腔时
发生分解反应
半导体器件原理与工艺
CVD反应过程
1) 参加反应的气体混合物被输运到沉积区 2) 反应物由主气流扩散到衬底表面。 3) 反应物分子吸附在衬底表面上 4) 吸附物分子间或吸附分子与气体分子间发生化
▪ 介质膜在IC中的应用
➢ 钝化层（Passivation)
• A.淀积温度受到金属熔点的限制 • B.用于保护器件，使其免受水汽、灰尘、可动离子的影
响以及其他不希望的外界影响
▪ 半导体Baidu Nhomakorabea在IC中的应用
➢ CVD半导体膜可作为外延层、掺杂导电膜等，如 多晶硅，化合物半导体GaAs
▪ 导电膜在IC中的应用
学反应，生成硅原子和化学反应副产物，硅原 子沿衬底表面迁移并结合进入晶体点阵内 5) 反应副产物分子从衬底表面解吸 6) 副产物分子由衬底表面外扩散到主气流中，排 出沉积区。
半导体器件原理与工艺
APCVD
▪ 淀积速率快 ▪ 系统简单 ▪ 均匀性差 ▪ 硅片温度240-450OC ▪ 常用淀积SiO2