第六章(物理方法薄膜沉积技术)要点解析.pdf

第六章：薄膜制备技术—— 物理沉积方法 Chapter 6: Thin Film Deposition Techniques：Physical Vapor Deposition (PVD) 图形的转换方法 填充法(Additive) 刻蚀法(Etching or Subtractive) 填充法 刻蚀法 IC制造中的薄膜 • 集成电路芯片制造工艺中，在硅片上制作的器件 结构层绝大多数都是采用薄膜沉积的方法完成的。 二种薄膜沉积工艺 • 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition ） 利用化学反应生成所需的薄膜材料，常用于各种介 质材料和半导体材料的沉积，如SiO , poly-Si, 2 Si N …… 3 4 • 物理气相沉积（Physical Vapor Deposition） 利用物理机制制备所需的薄膜材料，常用于金属薄 膜的制备，如Al, Cu, W, Ti…… 薄膜制备技术 • 薄膜：在衬底上生长的薄固体物质，其一维 尺寸（厚度）远小于另外二维的尺寸。 • 常用的薄膜包括: SiO , Si N , poli-Si, Metal… 2 3 4 • 常采用沉积方法制备： – 物理气相沉积 （Physical Vapor Deposition） – 化学气相沉积 （Chemical Vapor Deposition ） 薄膜的生长 • 沉积薄膜的三个阶段： – 晶核形成— 聚集成束— 形成连续膜 薄膜特性要求 为满足微纳加工工艺和器件要求，通常 情况下关注薄膜的如下几个特性： 1、台阶覆盖能力 2 、低的膜应力 3、高的深宽比间隙填充能力 4 、大面积薄膜厚度均匀性 5、大面积薄膜介电\ 电学\折射率特性 6、高纯度和高密度 7、与衬底或下层膜有好的粘附能力 台阶覆盖能力（Step Coverage ） • 我们希望薄膜在不平整衬底表面的厚度具 有一致性 • 厚度不一致容易导致膜应力、电短路等问 题。 非共型台阶覆盖 共型台阶覆盖 非共型台阶覆盖出现的原因： 高的深宽比间隙填充能力 （Gap Fill） • 深宽比：孔的深度H与宽度W 的比值 • 在亚0.25 mm工艺中，填充硅片表面很小的间隙 和孔的能力是重要的薄膜特性。 • 防止出现空洞，减少出现缺陷和可靠性问题。 H W 薄膜应力（Stress ） • 应力的来源： – 薄膜的成核和生长过程中的产生本征应力 – 薄膜与衬底的热膨胀系数不匹配导致外应力 • 应力分类： 压应力 张应力 • 热应力与热膨胀系数a L  aTL • 应力的表征 通常用圆片在沉积前后的弯曲变化量来测量。  E T 2 硅片中心弯曲量，t膜厚度，v泊松比   t 1 v 3R2 R硅片半径，T硅片厚度，E杨氏模量