Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
薄膜沉積技術 ◆ 半導體製程中所稱的薄膜，是指厚度在1μm以下的膜。例如層間絕緣膜或是電極金屬等。
◆ 薄膜沉積技術是由外界提供材料來累積在矽基板上的技術。 ◆ 由於是外來的沉積，即有發生污染的可能，一直以來令人擔心是否會影響高純度矽基板及其電子特性。 ◆ 從LSI時代起，薄膜沉積技術正式引進半導體製程。到了1970年代初期，薄膜沉積技術更以CVD技術為中心急速發展，特別是利用薄膜沉積完成多層配線工程，CVD技術可算是新元件開發的重要關鍵。
2
應用在VLSI的薄膜種類
3
半導體元件中薄膜的應用
4
◆ 化學氣相沉積(CVD；Chemical Vapor Deposition)
薄膜沉積的方法 ◆ 化學氣相沉積(CVD；Chemical Vapor Deposition) ◆ 物理氣相沉積(PVD；Physical Vapor Deposition) ◆ 塗佈法 ◆ 電鍍法
5
應用在VLSI的薄膜沉積方法
6
各種成膜方法與可能形成的薄膜 可 成膜方式 基本技術 能 形 成 的 絕緣膜 薄 膜 種 類 金屬導 體膜 半導體 評語 CVD法 PVD法
塗佈法 (SOG/SOD*) 電鍍法 (ECD**) 基本技術 化學氣相反應的應用 ( 激發方式：熱、電漿、光等 ) 物理現象的應用 ( 蒸鍍、濺鍍、離子佈植等 ) 液體的塗佈和硬化 ( 旋轉塗佈、浸漬塗佈、噴塗塗佈 ) 電化學反應的應用 ( 電解 - 在陰極金屬離子的還原 ) 可 能 形 成 的 薄 膜 種 類 絕緣膜 SiO2、摻雜氧化物、Si3N4, Ta2O5, Al2O3、鐵電薄膜、low k膜，以及其他 SiO2, Al2O3, SiN、鐵電薄膜等 ( 選擇靶的材料進行濺鍍以及反應性濺鍍 ) SiO2、摻雜氧化物、鐵電薄膜、low k膜、聚合物膜等 (Sol-Gel法 ) － 金屬導 體膜 高熔點金屬 (Mo, W) Al, Cu、矽化物 (WSi2等 ) 氮化物 (TiN等 ) 以及其他 Al, Al合金、高熔點金屬、矽化物 (WSi2等 ) 氮化物 (TiN等 ) 其他幾乎所有的金屬膜 Cu ( 利用溶劑使微粒分散，進行旋轉塗佈方法 ) Cu, Au，以及其他封裝工程等常用 (PbSn-程序處理機、Ni, Cr等 ) 半導體 矽 ( 磊晶層 )、多晶矽、非晶型矽 (a-Si) 評語 ‧只要原料可轉變為蒸汽，幾乎所有種類的膜都可形成。( 熱反應困難時，可使用電漿輔助將活化能降低。) ‧只要選擇適用的靶，幾乎所有的金屬、絕緣膜都可以形成。( 濺鍍及反應性濺鍍 ) ‧包括塗佈、去除溶劑的工程、以及退火處理的工程。又包括使溶劑中的原料分散或溶解兩種方式。 ‧也可使用無電場的電鍍。 ‧Cu的電鍍用於組裝、印刷基板時。 ‧Al, W的電鍍以電化學而言是不可能的。
7
CVD薄膜沉積 ◆ CVD法形成膜的原理簡單示於下圖。
◆ 將反應氣體A，B送入反應室後，於氣相中進行反應，也就是在表面或表面附近進行反應，形成膜C。 ◆ 進行這樣的反應，必須跨越A+B的活化能障礙，因此需要熱的推進力。在電漿放電中，可使活化能下降，而使A+B的反應容易進行，也相當於提供激發反應的能量。 ◆ 利用熱對流也就是熱輻射，使氣相反應在反應室內進行，但有時候會有中間反應，有時候直接進行最終反應。但不管怎樣，都希望最終反應於表面完成。 ◆ 表面的最終反應，將影響膜質、階梯式覆蓋率、微粒發生等情形。
8
CVD成膜原理
9
CVD法的分類
10
PVD薄膜沉積 ◆ PVD法沉積膜有三種方式：蒸鍍、濺鍍、離子方式。
◆ 濺鍍法是在高真空狀態下，利用氬離子撞擊靶產生的濺鍍現象，將靶材的原子擊出，使其沉積在基板上。 ◆ PVD成膜的原理如圖。
11
PVD成膜原理
12
PVD法的分類
13
濺鍍法介紹 ◆ 使用濺鍍法時，粒子無法到達很深的區域，因此技術有待改進。以下有兩種方式： 利用準直管有效達到垂直成分的濺鍍，稱為準直管濺鍍。
拉長靶和基板之間的距離，使入射角變小，可使粒子到達較深的底部。 ◆ 最近採用ICP (Inductive Coupled Plasma) 等高密度電漿，將濺鍍粒子離子化，可垂直加速碰撞基板，增加到達底部附著量的方法。此方法稱為離子化濺鍍，也稱為I-PVD或IPD。
14
CVD和PVD之階梯式覆蓋率 ◆ PVD法即使提高底部覆蓋率，但側壁部位仍然無法解決。 ◆ CVD法則確實可達到無空隙埋入。
15
CVD和PVD階梯式覆蓋率改方式
16
CVD與PVD的比較 PVD法 CVD法 ‧物理方式(蒸鍍、濺鍍) ‧基板通常為室溫，也可加熱 ‧主要用於金屬導體膜的形成 ‧使用真空裝置
‧沉積的膜在基板上具有較優 良的黏著性 ‧膜緻密、抗壓性強 ‧可得到接近表體的膜質 ‧落差部位的覆蓋性差 ‧控制一般較困難 ‧化學方式(化學反應) ‧加熱基板 ‧薄膜品質受溫度影響 ‧絕緣膜、金屬導體膜、半導體膜 等均適用 ‧電漿CVD、低壓CVD使用真空裝置 ‧利用沉積和表面反應形成膜 ‧黏著性隨參數而異 ‧膜的緻密度隨溫度決定，可控制 抗壓性 ‧落差部位的覆蓋性較PVD優秀 ‧可由氣體進行控制
17
今後的展望 ◆ 在薄膜沉積技術中，原料(在CVD法為化合物，PVD的原料為靶材)的問題非常重要，主要在於其純度與操作的便利性。針對各種薄膜的形成，CVD與PVD之間的競爭，今後將會白熱化。
Similar presentations
