2.3.1　電子材料及其淀積

在半導(dǎo)體工藝中，通常采用PVD（物理氣相淀積）和CVD（化學(xué)氣相淀積）。化學(xué)氣相淀積可用于淀積多晶硅、氮化硅、硅化鎢等薄膜材料，常用的化學(xué)氣相淀積有APCVD（常壓化學(xué)氣相淀積）、LPCVD（低壓化學(xué)氣相淀積）及PECVD（等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積）等。LPCVD在壓力為33～266Pa、溫度為300～900℃的環(huán)境下完成，可以避免發(fā)生無用的氣相反應(yīng)，提高了薄膜淀積的均勻性，降低了生產(chǎn)成本，提高了淀積速率。LPCVD的反應(yīng)裝置為熱壁LPCVD反應(yīng)爐，如圖2-6所示，參與淀積的晶圓置于有溝槽的石英管中，靠三溫區(qū)管爐加熱中間的石英管，工藝較為簡(jiǎn)單，含有薄膜所需的原子或分子的化學(xué)物質(zhì)在反應(yīng)腔內(nèi)混合并在氣態(tài)下發(fā)生反應(yīng)，其原子或分子淀積在晶圓表面，形成薄膜。反應(yīng)氣體從一端流入，從另一端流出，應(yīng)用射頻加熱的水平式外延反應(yīng)器為冷壁。如果淀積反應(yīng)放熱，淀積速率隨溫度升高而降低，則需要選擇熱壁反應(yīng)爐；如果淀積反應(yīng)吸熱，淀積速率隨溫度升高而提高，則需要選擇冷壁反應(yīng)爐。

圖2-6　熱壁LPCVD反應(yīng)爐

發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)包括高溫分解反應(yīng)、還原反應(yīng)、氧化反應(yīng)和氮化反應(yīng)。高溫分解反應(yīng)是僅受熱量驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)；還原反應(yīng)是分子與氫氣的化學(xué)反應(yīng)；氧化反應(yīng)是原子或分子與氧氣的化學(xué)反應(yīng)；氮化反應(yīng)是形成氮化硅的化學(xué)反應(yīng)。

氮化硅取代二氧化硅作為鈍化層，促進(jìn)了PECVD的發(fā)展。二氧化硅的淀積溫度過高會(huì)導(dǎo)致鋁合金與硅表面連接，可以采用增強(qiáng)的等離子體來解決該問題。從物理上講，增強(qiáng)的等離子體與等離子體刻蝕類似，它們都具有在低壓下工作的平行板反應(yīng)腔，由射頻引起輝光放電，或利用其他等離子源在淀積氣體內(nèi)產(chǎn)生等離子體。低壓與低溫的結(jié)合提供了良好的薄膜均勻性和生產(chǎn)力。PECVD在壓力為6.6～665Pa、溫度為200～350℃的環(huán)境下完成淀積，等離子能量得到提高，PECVD具有較低的反應(yīng)溫度，且易得到均勻性好的薄膜。淀積反應(yīng)的裝置為平行板射頻等離子體CVD反應(yīng)器，如圖2-7所示。反應(yīng)腔內(nèi)有兩塊鋁電極，上電極接射頻電壓，下電極接地，兩電極間的射頻電壓降產(chǎn)生等離子體放電，兩端由鋁板密封。晶圓置于下極板，加熱至100～400℃時(shí)，氣體從下電極周圍的氣孔流入反應(yīng)爐并流經(jīng)放電區(qū)域。該反應(yīng)裝置的淀積溫度較低，但腔內(nèi)壁疏松的淀積物會(huì)污染晶圓。

圖2-7　平行板射頻等離子體CVD反應(yīng)器