半导体行业(一百四十五)——化学气相沉积(二十四)

为了获得较高的溅射刻蚀速率,反应室需要在低压下操作(小于30mTorr,越低越好),使离子获得较长的平均自由程。低压时,由于低的等离子体密度会使PECVD的沉积速率变慢,无法在带有两个平行板电极的标准电容耦合型等离子体反应室内与溅射刻蚀速率匹配,所以沉积速率必须大于刻蚀速率才能达到净沉积,因此不同的高密度等离子体源需要用在临场沉积/刻蚀/沉积反应器中。有两种高密度等离子体源已经应用在半导体工艺中,它们是感应式耦合等离子体(ICP)及电子回旋共振(ECR)(见下图所示)。

半导体行业(一百四十五)——化学气相沉积(二十四)
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因为高密度等离子体CVD是一种临场沉积/刻蚀/沉积过程,所以净沉积速率通常不会很高。高密度等离子体CVD通常只用来间隙填充;覆盖层通过有较高沉积速率的PECVD过程完成,因为它有高的沉积速率。

由于一些从间隙角落被溅射分离出来的氧化物碎片会重新沉积在间隙的底部,所以HDP-CVD过程中,底部的薄膜沉积速率通常是侧壁的3倍,其结果造成侧壁薄膜无法相互碰触,间隙从底部被填充上来而没有缝隙(见下图所示)。这对后续的CMP是有利的,因为在CMP中的一个缝隙就会提供一个脆弱点,并与其他区域比较有较快的研磨速率,并在表面造成缺陷。

HDPCVD氧化工艺通常用硅烷作为硅的原材料,用氧气作为氧的原材料。氩加人工艺过程增加溅射刻蚀效应,也可以利用与磷化氢及四氟化硅反应沉积PSG和FSG。

USG          SiH4+02+Ar—>USG+H20+Ar+...

半导体行业(一百四十五)——化学气相沉积(二十四)
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一个问题:在HDPCVD氧化物工艺中,为什么用硅烷而不用TEOS作为硅的来源气体?

答:对于HDPCVD工艺,阶梯覆盖不再是间隙填充的重要因素,因为重离子轰击通常保持间隙开口为倾斜,而且沉积由上而下,相对于液态TEOS汽化输送系统,硅烷可以节省成本和减小难度。

在HDP-CVD工艺中,沉积速率由硅烷的流量控制,折射角通过SiH4/02流量比测得。薄膜应力主要由偏压射频功率、等离子体源射频和氦背向压力控制,氦气的背向压力控制晶圆的温度。压力与等离子体源射频功率也会影响薄膜的均匀性。

电介质CVD反应室清洁

CVD过程中,电介质薄膜不仅沉积在晶圆表面,同时也沉积在反应室内的任何地方,特别是晶圆夹盘、气体喷嘴以及反应室的内壁,所以经常性地清洁反应室以避免薄膜在这些表面上剥离引起粒子污染很重要。对于电介质CVD工具,大于一半的时间反应室用于清洁工作上而不是沉积。

对于PECVD,射频等离子体清洁是最常采用的方式,而且遥控等离子体清洁也越来越受关注。

RF等离子体清洁

电介质PECVD优于LPCVD及APCVD是因为可以使用等离子体产生的氟自由基对反应室进行干洗。等离子体清洁是一种结合物理与化学的等离子体刻蚀过程,可以将电介质薄膜从设备以及反应室内壁移除。二氧化硅及氮化硅都使用氟碳化合物(如CF4、C2F6及C3F8)作为氟的原材料气体,因为这蚱化合物稳定且容易处理。某些情况下,NF3用来产生更多的氟自由基。等离子体中,氟碳化合物会分解并释放出可移除氧化硅以及氮化硅所需的氟自由基。

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