晶圓制造之化學氣相沉積CVD工藝

老虎說芯|Tiger Chip|

2024-09-19 10:29:26 935

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。

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。

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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