薄膜淀積工藝的保角性=臺(tái)階覆蓋性嗎？如何做到好的保角性呢？

薄膜的保角性，又稱保形性，指的是薄膜淀積臺(tái)階覆蓋能力和空隙填充能力，以及保留原始形狀的能力。保角性不能簡(jiǎn)單地和臺(tái)階覆蓋性劃等號(hào)，保角性的概念包含了臺(tái)階覆蓋的概念。

薄膜保角性，要求所有圖形上（表面、底面和側(cè)壁）淀積的薄膜厚度相同，也稱共性覆蓋。而臺(tái)階覆蓋性，不要求沿著臺(tái)階所有界面的膜層厚度是均勻的，只要能覆蓋下層。因此，薄膜保角性比臺(tái)階覆蓋性要求更高。那么如何做到好的保角性呢？要求淀積物在臺(tái)階表面吸附后迅速遷移，才能使薄膜厚度均勻。這樣就有必要介紹薄膜的沉積方式。

圖1 保角性和臺(tái)階覆蓋性的比較

物理氣相沉積（PVD，Physical Vapor Deposition），一般針對(duì)淀積金屬薄膜。是在真空條件下，金屬源通過(guò)物理驅(qū)動(dòng)傳輸?shù)揭r底上，主要的方法包括蒸發(fā)和濺射。PVD淀積薄膜在不平整的表面時(shí)，在表面淀積的速率明顯高于側(cè)壁，且側(cè)壁越靠下，淀積速率越低，造成臺(tái)階頂部的突懸。高深寬比的臺(tái)階，基本不提保角性，甚至無(wú)法做到良好的臺(tái)階覆蓋，側(cè)壁靠下部分無(wú)法淀積薄膜。這也是TGV（玻璃通孔）、TSV（硅通孔）技術(shù)和通孔填銅的技術(shù)難點(diǎn)。那么對(duì)比蒸發(fā)和濺射，哪種臺(tái)階覆蓋更好呢？一般而言，認(rèn)為濺射更好，尤其是射頻磁控濺射，通過(guò)襯底加熱和對(duì)襯底施加射頻都可以提高臺(tái)階覆蓋性。

圖2 臺(tái)階懸突和臺(tái)階保角

化學(xué)氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的材料淀積技術(shù)，包括大部分的的介質(zhì)薄膜和少量的金屬薄膜。從原理上說(shuō)，兩種或兩種以上的氣態(tài)或液態(tài)原材料導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)，通過(guò)吸附、化學(xué)反應(yīng)和排出副產(chǎn)物，形成目標(biāo)膜層在襯底淀積。由于CVD是直接在圖形上生成目標(biāo)物，因此它的保角性是值得探索和研究的。CVD參數(shù)的可調(diào)范圍是很寬：反應(yīng)室內(nèi)的壓力、晶片的溫度、氣體的流動(dòng)速率、氣體通過(guò)晶片的路程、氣體的化學(xué)成份、一種氣體相對(duì)于另一種氣體的比率等，合適的淀積參數(shù)確定，是形成保角性的必要條件。

圖3 CVD沉積原理圖示和反應(yīng)步驟

CVD技術(shù)常常通過(guò)反應(yīng)類型或者壓力來(lái)分類，包括低壓CVD（LPCVD），常壓CVD（APCVD），亞常壓CVD（SACVD），超高真空CVD（UHCVD），等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)，高密度等離子體CVD（HDPCVD）和快熱CVD（RTCVD）。

一般情況，搭配液態(tài)源的LPCVD和PECVD有可能實(shí)現(xiàn)較好的薄膜保角性。正硅酸乙脂（TEOS）為無(wú)色透明液體，在700 ℃以上，低壓摻氧條件下分解可產(chǎn)生二氧化硅和有機(jī)物，其中氧對(duì)TEOS熱分解起到催化作用，其介質(zhì)層膜厚均勻、保角性好且具有良好的介電性能。在硅電容中，即采用LPCVD在深溝槽內(nèi)沉積多晶硅淀積極板層。

圖4 TEOS的兩種CVD臺(tái)階覆蓋性和保角性的比較

另外介紹一種保角性近乎100%的技術(shù)，原子層沉積ALD，這也是CVD的一種。ALD是一層一層的生長(zhǎng)工藝，每一周期有自約束，因此對(duì)于超薄層生長(zhǎng)的控制要好得多。在襯底絕緣層氧化物上，對(duì)保角性要求高且薄膜厚度低的場(chǎng)景非常適用。在硅電容中，深溝槽中的絕緣層即可采用ALD保證其厚度均勻性好。

圖5 深溝槽硅電容示意圖

盡管CVD比PVD有更好的臺(tái)階覆蓋特性，但目前通孔填銅的種子層和鉭氮擴(kuò)散層薄膜都是通過(guò)PVD來(lái)淀積的，CVD實(shí)際應(yīng)用大部分在介質(zhì)膜和絕緣膜，實(shí)際的工藝選擇還是需要根據(jù)芯片的設(shè)計(jì)要求，并不是說(shuō)所有的膜層都要求100%保角性。

審核編輯：劉清