文档介绍：1 二氧化硅薄膜的淀积
CVD-SiO2特性与用途
1、分类
按掺杂划分:本征SiO2(USG)、PSG、 BPSG薄膜;
按温度划分:低温工艺(200~500 ℃)和中温工艺(500~750 ℃);
按淀积方法划分:APCVD-SiO2、LPCVD-SiO2、PECVD-SiO2 ;
按硅源划分:SiH4/O2或N2O、TEOS(正硅酸乙酯Si(C2H5O)4)/ O2或O3 、
SiH2Cl2/N2O。
2 2、特点、用途及要求
与热氧化SiO2的理化性质相比略有差异,随着工艺温度降低,密度下降,耐
腐蚀性下降,成分偏离化学配比。还有些性质与CVD方法、源系统等有关:
热氧化SiO2折射率n=,当n>,薄膜富硅,n<,为低密度多
孔薄膜;
TEOS为硅源淀积的SiO2台阶覆盖性好于以硅烷为硅源的反应剂系统。
SiO2薄膜用途不同要求不同:
作为多层布线中金属层之间的绝缘层,应有较好的台阶覆盖性,具备较
高介质击穿电压;
作为防止杂质外扩的覆盖层、掩膜以及钝化层:针孔密度低,薄膜致密。
3 3、PSG、BPSG薄膜
SiO2中掺P或B后软化温度下降,通过退火回流,可降低硅片表面台阶,实现
平整化。掺杂剂:PH3、B2H4、TMB(硼酸三甲酯)、 TMP。
PSG薄膜应力小,台阶覆盖性较好,P一般控制在6~8wt%;
BPSG是三元氧化膜体系,软化温度低于PSG ,回流温度在850℃, B控制在
5wt%以下。
PSG经过20min1100℃的退火后形貌的SEM照片
4 APCVD-SiO2
1、SiH4/O2为源
工艺:通常淀积USG,温度450~500℃,用N2稀释SiH4与过量O2的混合
气体:
SiH4(g)+O2(g) → SiO2(s)+2H2(g)
也可加入PH3来淀积PSG。~。
特点:工艺成熟,孔隙填充和台阶覆盖特性差
用途:作为多层金属铝布线中铝层之间的绝缘层(记为ILD)
5 2、TEOS/O3为源
工艺:温度为400℃,TEOS为液态,沸点:℃,用源瓶载气携带,
温控流量;O31-2%。加入PH3、B2H4来淀积PSG、BPSG。
Si(C2H5O)4(l) + 8O3 (g) → SiO2 (s)+ 10H2O(g) + 8CO2(g)
特点:在SiO2薄膜中会含有水汽,针孔密度较高,通常需要高温退火
去除潮气,提高薄膜致密度;良好的台阶覆盖性,填充孔隙能力较强。
用途:多用于淀积多层布线金属层之间的绝缘层。
实际工艺常将SiH4/O2 和TEOS/O3两种系统连用,也可APCVD 和其它
方法结合起来使用。
6 LPCVD-SiO2
1 、TEOS或TEOS/O2为源
工艺:制备USG、PSG、BPSG,温度: 680-750℃:
Si(OC2H5)4SiO2+4C2H4+2H2O
Si(OC2H5)4 + 12O2 → SiO2 + 8CO2 + 10H2O
4PH3 +5O2 → 2P 2O5 + 6H2
2B2H6 +3O2 → 2B 2O3 + 6H2
特点:致密性、台阶覆盖性等好于同类低温工艺;
O2的加入能改变薄膜的内应力。
用途:USG用于金属层之间的绝缘层,PSG、
BPSG作为制备金属化系统之前的绝缘层。
7 2、SiH2Cl2/N2O为源
工艺:淀积USG和PSG、BPGS,温度约900℃。
SiH2Cl2 + 2N2O → SiO2 + HCl + 2N2
特点:是高温工艺,薄膜的均匀性和台阶覆盖能力都好,HF的
腐蚀速率、密度,以及电学性质和光学性质也都与热生长的氧
化层接近。含有***。
用途:作为掩蔽膜
8 PECVD-SiO2
源:SiH4/N2O 、O2
工艺:200~400℃,10~100Pa
SiH4+2N2O → SiO2+2N2 + 2H2
特点:薄膜含H、N,与LPCVD、与
APCVD相比薄膜应力小、不易开裂、
保形性好,离子对衬底有轰击。
用途:可作为保护膜、钝化膜
另外,可用TEOS为源淀积,记为
这是各因素对用制备的
PETEOS,通常是HDPCVD。 SiH4-N2O PECVD-SiO2
薄膜特性的影响
9 氮化硅薄膜淀积
氮