薄膜沉積簡介

2021-01-08 炬豐科技

薄膜沉積

用於製造微電子器件的薄膜都是使用某種沉積技術形成的,該術語是指在基板上形成沉積物。在半導體器件製造中,以下沉積技術(及其常用的縮寫)為:

低壓化學氣相沉積-LPCVD

等離子體增強化學氣相沉積-PECVD

低於大氣壓的化學氣相沉積-SACVD

大氣壓化學氣相沉積-APCVD

原子層沉積-ALD

物理氣相沉積-PVD

超高真空化學氣相沉積-UHV-CVD

類金剛石碳-DLC

商業電影-CF

外延沉積-Epi

化學氣相沉積和薄膜形成

化學氣相沉積法可以定義為其中通過氣相吸附的前體的表面介導反應在基材上形成固體薄膜的任何方法。CVD工藝的反應性使其與物理工藝(如PVD中採用的蒸發和濺射)區別開來。術語「表面介導的」是指固體膜是由在基材表面發生的異質反應形成的。有關其他信息,請參見 化學氣相沉積物理。

圖1顯示了有助於理解CVD反應器中不同過程的示意圖。化學氣相沉積過程可分為多個離散步驟:首先,必須將前體化學物質送入CVD反應器。一旦進入反應器,通常必須通過流體傳輸和擴散的組合將前體分子傳輸到基底表面。一旦在表面上,前體分子必須保持足夠長的時間才能反應。反應發生後,產物薄膜原子必須保留在表面上,而副產物分子必須從基材表面解吸,從而為更多的傳入前體分子騰出空間。

典型的CVD工藝薄膜

CVD工藝生產的典型薄膜包括:

外延矽

外延化合物半導體

多晶矽

介電薄膜

二氧化矽(包括P和B摻雜的氧化物)

氧化鋁

低介電常數(SiO-F,DLC,非晶CF)

氮化矽

氮化鈦

氮化鉭

過渡金屬氧化物(即TiO 2,ZrO 2,Hf 2 O 5,Ta 2 O 5)

金屬(Al,W,Cu)

矽化物(WSix,CoSix)

低壓化學氣相沉積(LPCVD)

LPCVD沉積系統通常在0.1到10託的壓力下運行。已用於LPCVD薄膜工藝的反應器配置包括電阻加熱管式熱壁反應器,垂直流間歇反應器和單晶片反應器。由於晶圓處理,有效的顆粒和工藝控制以及工藝集成方面的優勢,現代晶圓廠已大量遷移到將單個晶圓簇工具用於CVD和其他處理需求。有關其他信息,請參見低壓化學氣相沉積系統。

等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)

等離子增強型CVD系統與LPCVD系統一樣,最初是批處理機,一次最多可裝載100個晶片。使用PECVD與LPCVD相比,所尋求的關鍵優勢在於能夠在保持或提高沉積速率的同時降低工藝溫度。隨著器件的幾何尺寸越來越小,限制溫度持續時間對於保持已部分製造的器件上已經存在的組件的材料特性和電氣特性變得更加重要。隨著PECVD工藝的成熟,其他優勢,例如操縱薄膜材料的能力和構象特性也變得顯而易見。PECVD處理的早期商業配置是從當時的LPCVD技術衍生而來的,PECVD處理是在真空(2-10託)的熱壁管反應器環境中進行的(圖3)。等離子增強化學氣相沉積系統,了解更多信息。

低於大氣壓的化學氣相沉積(SACVD)

SACVD設備的主要應用是在TEOS /臭氧二氧化矽CVD工藝中。TEOS / O 3工藝滿足了用於ULSI的層間介電工藝中縮短溫度時間的需求。另外,TEOS / O3具有優於其他二氧化矽薄膜沉積工藝的自平坦特性。

原子層沉積(ALD)

原子層沉積與LPCVD相似,不同之處在於化學過程分為可分離不同吸附步驟和反應步驟以進行自限反應的步驟。該方法採用依次通過處理室的前驅物和反應物的獨立脈衝。圖4說明了ALD過程。在將襯底置於處理室中並在高真空下的情況下,將初始前體引入到處理室中。前體的分子特徵是,它將在基材表面上形成化學鍵合的單分子層(步驟1)。單層以外的任何層都僅受足夠弱的物理吸附力約束,以至於在高真空下可以將除單層中的前驅物以外的任何前驅物抽走。一旦單分子層存在於基材上,將腔室重新排空並吹掃以去除任何多餘的前體(步驟2)。接下來,將反應物引入處理室(步驟3)。它與單層材料反應,在基材表面上形成所需化合物(步驟4)。該反應的副產物被抽走。看到原子層沉積以獲取更多信息。

物理氣相沉積(PVD)

物理氣相沉積(PVD)工藝通過使用物理工藝(例如蒸發或濺射)來沉積薄膜。這些工藝在高溫/高真空或等離子體下從固體源蒸發材料,並將材料重新沉積在基板表面上。熱蒸發和濺射是PVD的主要方法。熱蒸發通過在真空中加熱來蒸發源材料,而濺射使用等離子體產生離子轟擊(通常是氬離子),從而從源材料中產生蒸汽。可以通過PVD沉積的膜包括大多數金屬和介電材料。

薄膜沉積產品

前體交付產品(ALD除外)

基於熱和壓力的質量流量控制器(MFC)和儀表(MFM)旨在滿足各種加工應用。大多數MKS質量流量控制和計量產品都提供帶有嵌入式Modbus和乙太網用戶界面的模擬(0-5 VDC; 4-20 mA)和數字(Devicenet,Profibus,EtherCAT,RS485)I / O。

臭氧氣體輸送產品適用於多種目的,包括TEOS / O 3 SACVD。它們結合了經過現場驗證的高濃度超淨臭氧發生技術,以及集成的臭氧濃度監測器,流量控制和功率分配。在某些型號上提供安全監視器,狀態指示器和臭氧破壞功能。

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