半導(dǎo)體FAB中常見的五種CVD工藝

Hello,大家好，今天來分享下半導(dǎo)體FAB中常見的五種CVD工藝。

化學(xué)氣相沉積（CVD）主要是通過利用氣體混合的化學(xué)反應(yīng)在硅片表面沉積一層固體膜的工藝。在 CVD 工藝過程中，化合物會進行充分混合以氣相形式發(fā)生反應(yīng)，使得原子或分子沉積在硅片襯底表面而形成薄膜，其主要的應(yīng)用包括淺溝槽隔離層、金屬前電介質(zhì)層、金屬層間電介質(zhì)層和鈍化保護層。CVD 主要分為常APCVD、LPCVD、PECVD，HDPCVD和ALD。

一.APCVD：常壓 CVD

指的是在大氣壓作用下進行的一種化學(xué)氣相淀積方法，此技術(shù)可高質(zhì)量及穩(wěn)定的量產(chǎn)大直徑硅片，所需系統(tǒng)較為簡單，是最初期應(yīng)用的一種CVD技術(shù)。

優(yōu)點：反應(yīng)簡單，沉積速度快，低溫。

缺點：臺階覆蓋能力差，有顆粒沾 污，低產(chǎn)出率。

應(yīng)用：低溫 SiO?(摻雜或不摻雜)。

二.LPCVD：低壓CVD

這是基于APCVD 的基礎(chǔ)發(fā)展而來的，低壓CVD在市場中運用較為廣泛，該技術(shù)擁有較低的使用成本，同時擁有更卓越的薄膜均勻性和溝槽覆蓋填充能。

LPCVD反應(yīng)流程圖（來源Mksinst）

優(yōu)點：高純度和均勻性，一致的臺階覆蓋能力，大硅片容量。

缺點：高溫，低淀積速率，需要更多維護，要求真空系統(tǒng)支持。

應(yīng)用：高溫SiO?，Si3N4,多晶硅， W,WSi2。

三&四.PECVD：等離子體增強 CVD,

HDPCVD：高密度等離子體 CVD 。

PECVD和HDPCVD都屬于等離子體輔助 CVD ，主要指的是運用等離子體的能量和熱能，更好的進行 CVD 沉積的所需化學(xué)反應(yīng)。在CVD中使用等離子體好處是可在更低的工藝溫度下在硅片上沉積具有優(yōu)秀粘附能力的膜，該技術(shù)擁有更高的沉積速率和膜密度等。等離子體增強CVD在低壓CVD的基礎(chǔ)上發(fā)展，兩者主要區(qū)別是離子體增強CVD發(fā)生反應(yīng)的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于低壓CVD反應(yīng)溫度。高密度等離子體CVD是新發(fā)展的一種CVD技術(shù)，其優(yōu)點是可在較低溫度下沉積出能夠填充高深寬比間隙的薄膜，該技術(shù)主要用于制造高端IC。

等離子體輔助CVD中膜的形成（來源《半導(dǎo)體制造技術(shù)》）

優(yōu)點：低溫，快速淀積，好的臺階覆蓋 能力和間隙填充能力。

缺點：要求 RF 系統(tǒng)，高成本，壓力 遠(yuǎn)大于張力化學(xué)物質(zhì)(如H?)和 顆粒沾污。

應(yīng)用：高的深寬比間隙的填充，金屬上的低溫SiO?，ILD-1,ILD,為了雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的銅籽晶層，鈍化層（Si3N4）。

五.ALD：原子層沉積

ALD是一種以單原子膜形式逐層沉積在基底上的鍍膜方法，是化學(xué)氣相沉積的一種特殊形式。

ALD的原理為氣相前驅(qū)體脈沖交替通入反應(yīng)器并在基底表面以單原子層的模式逐層成膜，反應(yīng)步驟包括：

1）前驅(qū)體A進入反應(yīng)室并吸 附在基體表面；

2）惰性氣體沖洗反應(yīng)室，將剩余的前驅(qū)體A清洗干凈；

3）前驅(qū)體B進入反應(yīng)室并吸附在基體表面，與前驅(qū)體A發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)，生成目標(biāo)薄膜；

4）惰性氣體沖洗反應(yīng)室，將化學(xué)反應(yīng)生成的副產(chǎn)物清除出反應(yīng)室，完成一次原子層薄膜沉積。如此循環(huán)往 復(fù)，即可實現(xiàn)單位原子層級的薄膜沉積。

ALD原理示意圖（來源微導(dǎo)納米）

除了以上5中CVD技術(shù)，還衍生出了SACVD和MOCVD，這兩個工藝和設(shè)備具有很大的潛力，SACVD的高壓環(huán)境能縮小分子自由程，通過臭氧在高溫下形成的高活性氧自由基增加分子間的碰撞，實現(xiàn)優(yōu)秀的填孔能力。MOCVD主要適用于制造第三代半導(dǎo)體材料，例如GaNg，下次再介紹吧。