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晶圓制造之化學氣相沉積CVD工藝

發(fā)布時間:2024-09-19作者來源:薩科微瀏覽:1899

在制造集成電路時,有時候我們需要在硅片(也就是晶圓)表面上沉積一些特定的材料層,比如氮化硅(Si?N?)或氮氧化硅(SiON)。這些材料層不能直接從基板上生成,所以我們采用化學氣相沉積(CVD)這種方法。

CVD的原理是:我們將含有所需元素的氣體引入到反應室中,然后通過加熱讓這些氣體分解。雖然氣體不直接與晶圓表面發(fā)生反應,但晶圓表面作為一個承載的底層,氣體在其表面逐漸形成我們想要的材料層。

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1. 為什么需要CVD工藝?

在硅基集成電路的制造過程中,有時需要在基板(通常是硅晶圓)上沉積某些材料層,這些材料包括氮化硅(Si?N?)和氮氧化硅(SiON)。這些材料無法通過簡單的物理或化學反應直接從基板上生成,因此我們需要采用特殊的沉積方法,來確保這些材料層能夠準確地在晶圓表面沉積。

2. CVD的基本原理

化學氣相沉積(CVD)是一種通過使用氣態(tài)化學物質沉積固體薄膜的工藝。CVD的基本工作原理是將含有所需沉積元素的氣體引入反應室,然后通過加熱使氣體發(fā)生化學分解。這種氣體在高溫條件下分解,形成所需的材料(如氮化硅或氮氧化硅),并逐漸沉積在晶圓表面。

關鍵點:氣體并不直接與晶圓表面發(fā)生反應,晶圓表面只是作為底層,而氣體分解后會在其表面沉積。

3. 工藝參數的影響

CVD的過程參數,主要包括溫度和壓力,直接影響沉積層的密度和覆蓋情況。不同的CVD工藝會有不同的沉積效果,尤其在層的均勻性和致密性方面表現不同。

溫度:溫度是影響沉積速率和材料層質量的關鍵因素。高溫通常有助于提高沉積的共形性(即層在垂直和水平表面上的沉積厚度接近)。

壓力:壓力的變化會影響氣體的流動和反應速率,進而影響薄膜的沉積速度和質量。

4. 共形沉積與共形性K

根據工藝參數(例如壓力和溫度)的不同,CVD方法可以分成多種類型,每種類型沉積的材料層密度和覆蓋情況可能不同。理想情況下,沉積在水平表面和垂直表面的厚度應該相等,這種情況我們稱之為共形沉積。

為了量化這種共形性,我們引入了共形性參數“K”,它是垂直沉積速率(Rv)與水平沉積速率(Rh)的比值。如果沉積在水平表面的速率比垂直表面慢,比如只有一半,那么K值會是0.5,這表示沉積的效果不夠理想。只有在高溫下,我們才能更容易實現較高的共形性。

K= Rv/Rh:如果K=1,意味著沉積在垂直和水平表面的材料厚度相等,表示理想的共形沉積。

如果K<1,比如K=0.5,這意味著在水平表面的沉積速率只有垂直表面的一半,表明沉積的均勻性較差。

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5. 共形性與溫度的關系

高溫能夠顯著提高CVD工藝的共形性。這是因為高溫能夠加快氣體的分解,使得氣體的反應更徹底,形成的沉積層更均勻,尤其是在復雜幾何結構(如溝槽、孔隙)中,溫度越高,材料越容易均勻覆蓋各個表面。

CVD工藝是一種在高溫下利用氣態(tài)化學物質在晶圓表面沉積材料薄膜的技術。它的核心在于通過調節(jié)溫度、壓力等工藝參數,控制沉積層的密度和均勻性。共形性是衡量沉積層均勻度的關鍵指標,高溫有助于實現較高的共形性,從而確保在集成電路制造中的材料層質量。

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