伴隨網絡時代的興起,我們對芯片的認知不再陌生,小到日常生活中的手機,大到國防系統,處處都離不開芯片,而芯片究竟是什么呢?又是怎么制造的呢?簡單來說,芯片就是把電路小型化的一種方式,其制造的過程就如同蓋房子一樣,先有晶圓作為地基,再通過一層層往上疊加的制造流程后,就可產出必要的 IC 芯片。而我們今天要介紹的CVD技術就是用化學沉積來實現薄膜疊加的一種方式。   

圖1  IC芯片3D圖

CVD技術的特點:

具有淀積溫度低、薄膜成分和厚度易于控制、均勻性和重復性好、臺階覆蓋優良、適用范圍廣、設備簡單等一系列優點。

CVD方法幾乎可以淀積集成電路工藝中所需要的各種薄膜,例如摻雜或不摻雜的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金屬(鎢、鉬)等。

較為常見的CVD薄膜包括有:二氧化硅(通常直接稱為氧化層)、氮化硅、多晶硅、難熔金屬與這類金屬之其硅化物等。

常用的CVD技術有:

(1) 常壓化學氣相淀積(APCVD);

(2) 低壓化學氣相淀積(LPCVD);

(3) 等離子增強化學氣相淀積(PECVD);


常壓化學汽相淀積(APCVD) (Normal Pressure CVD)

常壓化學氣相淀積(APCVD)是指在大氣壓下進行的一種化學氣相淀積的方法,這是化學氣相淀積最初所采用的方法。這種工藝所需的系統簡單,反應速度快,并且其淀積速率可超過1000埃/min,特別適于介質淀積,但是它的缺點是均勻性較差,所以,APCVD一般用在厚的介質淀積。

圖2  常壓化學氣相淀積(APCVD)淀積過程示意圖


低壓化學汽相淀積(LPCVD)

隨著半導體工藝特征尺寸的減小,對薄膜的均勻性要求及膜厚的誤差要求不斷提高,出現了低壓化學氣相淀積(LPCVD)。低壓化學氣相淀積是指系統工作在較低的壓強下的一種化學氣相淀積的方法。這種技術淀積出來的薄膜均勻性和臺階覆蓋性較好,且具有較低的淀積速率和較高的淀積溫度。LPCVD技術不僅用于制備硅外延層,還廣泛用于各種無定形鈍化膜及多晶硅薄膜的淀積,是一種重要的薄膜淀積技術。

圖3  低壓化學汽相淀積(LPCVD)淀積過程示意圖


等離子增強化學汽相淀積(PECVD)

等離子體增強化學氣相淀積(PECVD)是指采用高頻等離子體驅動的一種氣相淀積技術,是一種射頻輝光放電的物理過程和化學反應相結合的技術。該氣相淀積的方法可以在非常低的襯底溫度下淀積薄膜,例如在鋁(A1)上淀積Si02。工藝上等離子體增強化學氣相淀積主要用于淀積絕緣層。

圖4  等離子體增強化學氣相淀積(PECVD)淀積過程示意圖


原子層沉積(Atomic layer deposition)

原子層沉積是一種基于表面氣象化學反應的薄膜沉積技術。由于微電子和深亞微米芯片技術的發展要求器件和材料的尺寸不斷降低,而器件中的高寬比不斷增加,這樣所使用材料的厚度降低至幾個納米數量級以及要求較好的臺階覆蓋能力,因此原子層沉積技術的優勢就體現出來,如單原子層逐次沉積,沉積層極均勻的厚度和優異的均勻性,例如TaN ALD沉積。

圖5  ALD原子層淀積過程示意圖


2020年07月08日

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