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        PVD薄膜沉積技術

        1.薄膜技術

        IC中的薄膜


        外延Si

        介質膜:場氧化、柵氧化膜、USG、BPSG、PSG、層間介質膜、鈍化膜、high K、lowK、淺槽隔離....

        金屬膜:AI、Ti、Cu、Wu、Ta.......

        多晶硅

        金屬硅化物


        氧化膜的應用例

        半導體應用
        典型的氧化物厚度(A)

        柵氧(0.18μm工藝)

        20~60

        電容器的電介質
        5~100
        摻雜掩蔽的氧化物
        400~1200依賴于摻雜劑、注入能量、時間、溫度
        STI隔離氧化物
        150
        LOCOS墊氧
        200~500
        場氧
        2500~15000

        STI—淺槽隔離,LOCOS—晶體管之間的電隔離,局部氧化墊氧—為氮化硅提供應力減小

        薄膜材料及性能的要求


        各種成膜技術及材料


        物理氣相沉積PVD——蒸發法


        物理氣相沉積PVD—濺射法

        高能粒子(Ar離子)撞擊具有高純度的靶材料固體平板,撞擊出原子。這些原子再穿過真空,沉積在硅片上凝聚形成薄膜。

        1852年第1次發現濺射現象,濺射的臺階覆蓋比蒸發好, 輻射缺陷遠少于電子束蒸發,制作復合膜和合金時性能更好,是目前金屬膜沉積的主要方法

        優點:

        具有保持復雜合金原組分的能力、能夠沉積難熔金屬、能夠在大尺寸硅片上形成均勻薄膜、可多腔集成,有清除表面與氧化層能力、有良好臺階覆蓋和間隙填充能力。



        化學氣相沉積CVD

        適用范圍廣泛(絕緣膜、半導體膜等),是外延生長的基礎

        硅膜

        —外延硅、多晶硅、非晶硅

        介質膜

        —氧化硅

        —氮化硅

        —氮氧化硅

        —磷硅玻璃PSG、BPSG

        金屬膜

        —W、Cu、Ti、TiN

        化學氣相沉積——AP-CVD

        AP-CVD:常壓化學氣相沉積((Atmospheric Pressure CVD)

        剛開始的CVD工藝、反應器設計簡單

        APCVD發生在質量輸運限制區域

        允許高的淀積速度,1000A/min,一般用于厚膜沉積

        APCVD的主要缺點是顆粒的形成


        產量高、均勻性好、可用于大尺寸硅片

        主要用于沉積SiO2和摻雜的SiO2

        氣體消耗高,需要經常清潔反應腔

        沉積膜通常臺階覆蓋能力差


        化學氣相沉積——LP-CVD


        SiO2:做層間介質、淺槽隔離的填充物和側墻

        氮化硅:做鈍化保護層或掩膜材料

        多晶硅:做柵電極或電阻

        氧化氮化硅:兼有氧化硅和氮化硅的優點,改善熱穩定性、抗斷裂能力、降低膜能力

        化學氣相沉積——PE-CVD、HDP-CVD

        PE-CVD:等離子體增強CVD

        HDP-CVD:高密度等離子體CVD

        更低的工藝溫度(250~450℃)

        對高的深寬比間隙有好的填充能力

        優良的粘附能力

        高的淀積速率

        少的針孔和空洞,高的膜密度

        主要用于淀積絕緣層,RF頻率通常低于1MHz

        應用例:

        沉積金屬互連間的絕緣層SiO2:硅烷+氧化劑

        沉積金屬W:WF6+3H2=W+6HF

        沉積銅阻擋層TiN:6TiCI4+8NH3——6TiN+24HCI

                                                                                                                                                                                                                                                                      

         來源:佑倫真空


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