有由热氧化物/二氧化硅或氮氧化物/二氧化硅(采用TEOS淀积)组成的栅堆叠和在多层金属设计中的连接孔的各种填充”。采用CVD方法淀积的二氧化硅膜在结构和化学计量上不同于热生长的氧化膜。视淀积温度的不同,淀积的氧化物具有比较低的密度和不同的机械性能,如折射系数、对裂纹的抵抗、绝缘强度和刻蚀速率。薄膜掺杂对这些参数有较大的影响。在许多工艺中,对淀积的薄膜采取高温热处理,称为致密作用。在致密过程之后,淀积的二氧化硅膜在结构和性能上接近热氧化膜。由于铝和硅的合金过程不允许在450℃以上进行,所以需要在低温下淀积Si02。早期使用的淀积工艺是采用水平热传递的APCVD系统,通过硅烷和氧气的反应得到:

薄膜ag层是什么(薄膜淀积九)(1)

由于是在450℃淀积,这种工艺形成的薄膜的质量较差,并不适用于高级的器件设计和较大的品圆。LVD系统的开发为获取高质量的薄膜提供了可能,特别对台阶覆盖和低应力等因素。从质量和生产效率的角度考虑,LPCVD工艺是首选的淀积技术。二氧化硅是在高温(9℃)LPCVD中采用二氯化硅与二氧化氮(N02)反应形成的:

薄膜ag层是什么(薄膜淀积九)(2)

正硅酸乙脂(TEOS):到目前为止,二氧化硅的淀积主要来源于TEOS。TEOS的历史可追溯到20世纪年代。早期的系统依赖于TEOS在750℃左右高温分解。目前的淀积是基于20世纪70年代确立的热壁LPCVD系统,温度在400℃以上。与等离子体配合(PECVD或PETEOS)使用的TEOS允许淀积温度在亚400℃范围。对0.5m的器件,这种工艺在高深宽比图形的覆盖一致性上受到限制。通过在反应气流中加人臭氧可以改进台阶覆盖的性能。另外一种选择是在氩气等离子体中,硅烷与一氧化氮发生反应:

薄膜ag层是什么(薄膜淀积九)(3)

掺杂的二氧化硅:二氧化硅的掺杂可以改善相应的保护特性和流动性,或者用做掺杂源。最早用在淀积氧化物的掺杂剂是磷。磷源来自于加入到淀积气体流中的磷烷。合成的玻璃被称为磷硅玻璃或PSGO在玻璃内部,磷以五氧化二磷的形式存在,使得该玻璃成为双重化合物,或更精确地说,是二元玻璃。

磷的作用有三重。加人的掺杂剂增加了玻璃对湿气的阻挡特性;可动离子污染物质被磷吸附,防止进人晶圆的表面,该反应称为“吸气"(gettering);第三个方面是流动特性的提高(参见下图),有助于在加热到1000℃左右时,玻璃表面的平坦化。磷的含量限制在大约8%(质量比)。高于这一水平,玻璃变得吸水和吸湿。湿气能够与磷发生反应,形成磷酸,侵袭下面的金属线。

硼也经通过使用硼烷而添加人玻璃中。硼的作用也是增强膜的流动性(参见下图)。

合成的玻璃被称为硼玻璃(BSG),硼和磷也经常同时用于玻璃中。合成结果为BPSG(硼磷玻璃)。

氮化硅:氮化硅可替代氧化硅使用,特别是对顶部保护层。氮化硅比较硬,可以比较好地保护表面避免划伤,氮化硅也是一种比较好的湿气和钠的阻挡层(无掺杂),具有比较高的绝缘强度和防止氧化。后者的特性可使氮化硅在硅的局部氧化(LOCOS)中使用,达到隔离的目的。下图中显示了它的工艺,带有图形的氮化硅岛保护岛下面的氧化物。在热氧化和去处氮化硅后,晶圆表面的区域用于器件的形成,并被氧化物的隔离区域分开。氮化硅的不足之处在于它的流动性不如氧化物容易,而且比较唯以刻蚀。采用等离子体刻蚀工艺可以克服刻蚀上的限制。

早期,用氮化硅作为保护膜所受到的限制是由于缺乏低温淀积工艺。在APCVD系统中,使用硅烷或SiC12H2淀积氮化硅的温度在700-900℃(参见下图)。薄膜的成分是Si3N4。反应也可以在LPCVD反应室内进行,但是在铝金属层上淀积时,其温度要足够低PECVD的出现开始了不同化学源的使用,其中之一是硅烷与氨气或氮气在氩气等离子体状态下发生反应。

薄膜ag层是什么(薄膜淀积九)(4)

薄膜ag层是什么(薄膜淀积九)(5)

高k和低k介质

除了上述提及的介质外,有几种为特殊应用的其他类型的淀积。它们分成广泛的高和低k介质。前面,我们曾描述了电容器的基础。回顾一下,一个材料的k值被称为介电常数。它与电容器的电容量相关。高k材料制造具有更高存储电荷容量的电容器。

低瓷材料用在金属化系统,作为晶圆表面和主要金属系统间的阻挡层。在这种情况下,电容器的功能应该是低k介质以便于信号传导。

导体

传统的铝和铝合金的金属导体采用蒸发或溅射的方法进行淀积。由于硅栅MOS晶体管出现,使增加掺杂的多晶硅作为一种器件的导体。加之,多层金属结构和新导电材料的出现,将CVD和PVD技术延伸到导电金属领域。在下一章中,将介绍这些金属淀积的技术和应用。

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