半导体工艺的淀积的工艺及设备技术,职称论文.docx

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1、半导体工艺的淀积的工艺及设备技术,职称论文内容摘要：薄膜工艺是半导体工艺重要组成部分， 较广泛的采用物理气相沉积和化学气相沉积方式方法。通常把PECVD才直接称为淀积工艺， 其工艺受多方面因素影响， 通过工艺和设备技术的研究， 提高工艺可靠性， 减少设备故障。 本文关键词语：薄膜工艺； 物理气相沉积； 化学气相沉积； PECVD; 淀积系统； 0 引言 半导体工艺就是在晶片上执行一系列复杂的化学或者物理操作， 制作能实现各种需要的器件， 如半导体激光器、二极管、三极管、集成电路等。这些工艺能够分为4大基本类：薄膜工艺、刻印工艺、刻蚀工艺和掺杂工艺。薄膜能够是导体、绝缘物质或者半导体材料， 根据

2、不同的用处和要求， 制作薄膜的方式方法也得到了发展和应用， 以薄膜制作， 十分是PECVD Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 淀积的工艺及其设备技术做研究和讨论。 1 薄膜制作方式方法 薄膜并不是平面膜， 将半导体晶片放大后能够看见有很多的凹槽和突起。填充晶片外表上很小的间隙和孔的能力成为最重要的薄膜特性。随着高密度集成电路特征尺寸的不断减小， 对于高宽深比的间隙薄膜制作显得至关重要， 半导体晶片外表薄膜台阶覆盖图如此图1所示。 在薄膜工艺中通常用纳米 nm 或埃 A觷 做计量单位， 图1中台阶的深度和宽度的比值就是深宽比， 如式 1 所示，

3、需要在深宽比越大时， 仍然能保证薄膜覆盖均匀。 图1 半导体晶片外表薄膜台阶覆盖 式中P-深宽比， mm D-台阶深度， mm W-台阶宽度， mm 薄膜工艺在一种半导体光探测器件的应用如此图2所示， 在晶片基底上先后 生长 磷化铟、铟镓砷、二氧化硅、金属铝和氮化硅等， 在光刻和刻蚀等其它工艺的协助下构建成需要的器件。图2中的二氧化硅用作绝缘膜， 氮化硅用作光学增透膜， 电极为电信号金属膜， 其余为各介质膜。 当前半导体薄膜制作较广泛的采用物理气相沉积和化学气相沉积方式方法。物理气相沉积又称PVD Physical Vapor Deposition, 物理气相沉积 , 是利用物理经过在真空环境

4、采用加热或高能粒子束轰击的方式， 将靶材蒸发成气态使之淀积在工件外表成膜的方式。PVD技术有蒸发、溅射和离子束沉3大方向， 表1 为几种PVD的基本原理和性能特点。 图2 半导体器件剖面 表1 主要的物理气相沉积方式方法 化学气相沉积又称CVD Chemical Vapor Deposition , 是把含有薄膜元素的气体通过气体流量计输送到反响腔晶片外表， 利用加热、等离子体、紫外光或激光等能源， 使其互相反响沉积薄膜。CVD分类方式方法较多， 技术成熟又较为常用的有低压化学气相成积 Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD 、金属有机化合物

5、气相沉积 Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD 和等离子体加强化学气相沉积 PECVD , 表2为几种CVD的基本原理和性能特点。 半导体薄膜工艺根据可靠性、薄膜质量、生产成本和生产效率选择相应的制作方式方法， 通常把PECVD才直接称为淀积工艺。 2 PECVD淀积工艺 等离子体加强化学气相淀积PECVD是一种化学气相沉积方式方法， 这种技术是在电场下利用辉光放电使稀薄气体电离， 将反响气体离化， 加强吸附在衬底材料上的气体之间的化学反响进而生成介质薄膜， 能够实现较低温度下多种介质薄膜的沉积。由电子、离子、原子、分子或者自由基团等粒子

6、组成的电离气体为等离子体。薄膜的生长经过见图3. 表2 主要的化学气相沉积方式方法 图3 薄膜的生长经过 下载原图 首先电子在电场作用下促使反响气体分解， 构成含有离子和活性基团的混合物；然后向晶片外表扩散输运， 并伴随次级反响；最后各种反响产物被外表吸附反响成膜， 同时也会再放出气相分子物。以氮化硅薄膜为例， 反响经过如下。 PECVD工艺受多方面因素影响， 如腔室压力、射频功率、气体流量比例和衬底温度等。随着淀积压力的增大， 等离子体的密度越大， 淀积速率和薄膜折射率会因而增加；提高射频电源功率能够为反响提供更多的基团或离子， 促进反响速度， 提高了薄膜的沉积速率；薄膜的折射率是薄膜的成分

7、及致密程度的综合反映， 是检测薄膜质量的一个重要指标， 研究表示清楚， 影响薄膜折射率的主要因素是气体流量比；随着基板温度的提升， 基板外表的化学反响会急速上升， 所以薄膜的淀积速率会增加。 3 设备技术 PECVD设备在计算机控制下主要由真空和压力控制系统、气路系统、传送片系统和淀积系统等部分组成。设备构造， 如此图4. 真空和压力控制系统由抽气泵组、阀门和压力控制传感器等系统组成， 主要功能为工艺反响提供所需真空。一般采用干泵和分子泵进行抽气， 能够避免油泵中的油气进入真空室污染基片。气路系统主要由气源箱、反响气路、净化与回填气路组成， 主要功能为工艺提供反响气体、净化氮气和回填氮气， 通

8、常采用质量流量计来实现精到准确控制。传送片系统是晶片由外部进出反响腔的中转腔。工艺反响之前由机械手将晶片从中转腔室放入反响腔， 反响结束再取回， 中转腔室也是反响腔抽真空的前级准备腔。 图4 PECVD设备构造框 设备的核心是淀积系统， 淀积系统也称为反响腔。反响腔由混气室、喷淋头、基板加热器、旋转机构和射频匹配等组成。工艺气体要在被真空抽走前充分反响， 喷淋的构造和其与晶片的位置都很重要。旋转运动是为了提高膜的均匀性及传送片的需要。射频匹配构成等离子体辉光放电。反响腔在真空状态下参加反响气体， 鼓励电压加在上下两极板之间， 就会产生辉光放电现象， 构成放电电流。电子在电场作用下被加速获得了足

9、够的能量， 当它们与气体分子互相作用时， 就会激发气体分子而发光。同时有些电子会继续加速， 电子的能量继续增大， 超过了分子激发所需能量的最大值， 与气体分子再发生作用时， 就会使其分解、电离， 构成大量高速电子和离子。PECVD淀积通常用于绝缘膜制作， 只能用射频信号才能构成电流回路。对于射频鼓励电源， 辉光放电经过中跟得上电场的变化的只要那些质量非常小的电子。远大于电子质量的离子基本上动不了， 在电场中， 它们得到的能量非常少。由于正离子积累， 在电极上出现一个负的自偏压， 进一步减小轰击薄膜外表的离子能量， 进而控制薄膜中的内应力， 使膜的构造发生改变， 也有利于正离子扩散和反响堆积成膜

10、。对负偏压的监控能把握入射功率的大小及淀积质量情况。 PECVD淀积是一种薄膜制作设备， 制作经过中会在腔室内部沉积不需要的废料。这些废料对设备造成影响， 如加热温度漂移、降低设备真空、磨损移动部件、堵塞气体喷淋头和电场控制不稳定等。反响腔室需要定期清理， 清理经过中对移动件不能加润滑油， 所以需要视损耗情况定期更换备件。 4 结束语 在半导体工艺中， PECVD被直接称为淀积工艺， 制作二氧化硅和氮化硅等薄膜， 作为光刻掩膜、光学增透、阻挡层、保卫层或绝缘层。通过工艺和设备技术的研究， 在实际生产经过中可保证工艺生产质量， 提高工艺可靠性和减少设备故障。 以下为参考文献 1Michael Quirk, 韩郑生， 等译。半导体制造技术M.北京：电子工业出版社， 2004. 2胡昌义， 李靖华。化学气相沉积技术与材料制备J.稀有金属， 2001, 25 5 :364-368. 3吴清鑫， 陈光红， 于映， 等。PECVD法生长氮化硅工艺的研究J.功能材料， 2007, 38 5 :703-705. 4王永珍， 龚国权， 崔敬忠。Si O2薄膜制备与应用J.真空与低温， 2003, 9 4 :228-233.