HDPCVD技术应用与设备维护

毕业设计论文HDPCVD技术应用与设备维护系电子信息工程系专业微电子姓名曹海峰班级微电113学号____28_____指导教师徐振邦职称讲师指导教师职称设计时间2012.9.15－2013.1.4摘要HDPCVD工艺自问世以来凭借其独特的在高密度等离子体反应腔中同步淀积和刻蚀绝缘介质的反应过程实现了在较低温度下对高深宽比间隔的优良填充,其所淀积的绝缘介质膜具有高密度、低杂质缺陷等优点,同时对硅片有优良的粘附能力,这些优势使HDPCVD工艺迅速取代其他传统工艺而一举成为先进半导体制程中对超细间隔进行绝缘介质填充的首选。本课程设计主要以介电质化学气相淀积工艺为基础，以高密度等离子体（HDPCVD）为研究对象，从高密度等离子体的工艺原理、在半导体制造中的工艺应用、以及设备构成和维护等多方面进行了详细描述。关键词：高密度等离子体，化学气相淀积，半导体制造，填充目录摘要............................................................................................................................................2目录............................................................................................................................................3第1章绪论............................................................................................................................41.1引言.......................................................................................................................41.2DCVD工艺的分类......................................................................................................4第2章HDPCVD的工艺原理.....................................................................................................62.2CVD的工艺原理........................................................................................................62.3PECVD工艺原理........................................................................................................82.4高密度等离子体CVD（HDPCVD）........................................................................92.5HDPCVD的反应腔及主要反应过程........................................................................112.6HDPCVD工艺的重要指标-淀积刻蚀比..................................................................13第3章HDPCVD技术的应用...................................................................................................153.1HDPCVD工艺在半导体制造中的应用....................................................................153.2半导体制造对HDP的工艺要求.........................................................................153.3HDPCVD工艺中对薄膜质量的测量参数................................................................163.4HDPCVD工艺中的两个问题....................................................................................18第4章HDPCVD设备的结构及维护.......................................................................................194.1HDPCVD设备的结构................................................................................................194.2HDPCVD设备的维护................................................................................................20第5章总结与展望................................................................................................................24参考文献..................................................................................................................................25致谢..........................................................................................................................................26第1章绪论第1章绪论1.1引言微芯片加工是一个平面加工的过程，这一过程包含在硅片表面生长不同膜层的步骤，通过淀积工艺可以完成在硅片表面生长薄膜，导电薄膜层和绝缘层对于能否在硅衬底上成功制作出半导体器件是至关重要的。成膜技术被用来加工电路，主要用来隔离绝缘介质层之间所夹的金属导电层连接不同的IC器件。在制造工艺中，多种不同类型的膜淀积到硅片上，在某些情况下，这些膜成为器件结构中的一个完整部分；另外一些膜则充当了工艺过程中的牺牲层，并且在后续的工艺中被去掉。在微芯片加工中，膜淀积通常指薄膜，因为这些膜很薄以致它们的电学和机械学特性完全不同于同种材料下更厚的膜。随着半导体技术的飞速发展，半导体器件特征尺寸的显著减小，相应地也对芯片制造工艺提出了更高的要求，其中一个具有挑战性的难题就是绝缘介质在各个薄膜层之间均匀无孔的填充以提供充分有效的隔离保护，包括浅槽隔离，金属前绝缘层（PMD），金属层间绝缘层（IMD）等等。本文所介绍的高密度等离子体化学气相淀积（HDPCVD)工艺自20世纪90年代中期开始被先进的芯片工厂采用以来，以其卓越的填孔能力，稳定的淀积质量，可靠的电学特性等诸多优点而迅速成为0.25微米以下先进工艺的主流。在HDPCVD工艺问世之前，大多数芯片厂普遍采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)进行绝缘介质的填充。这种工艺对于大于0.8微米的间隙具有良好的填孔效果，然而对于小于0.8微米的间隙，用单步PECVD工艺填充具有高的深宽比(定义为间隙的深度和宽度的比值)的间隙时会在其中部产生夹断（pinch-off）为了解决这一难题，淀积-刻蚀-淀积工艺被用以填充0.5微米至0.8微米的间隙,也就是说，在初始淀积完成部分填孔尚未发生夹断时紧跟着进行刻蚀工艺以重新打开间隙入口，之后再次淀积以完成对整个间隙的填充。HDPCVD工艺正是在探索如何同时满足对高深宽比间隙的填充和控制生产成本的过程中诞生的，它的突破创新之处就在于在同一个反应腔中同步地进行淀积和刻蚀的工艺。具体来说,在常见的HDPCVD制程中，淀积工艺通常是由4SiH和2O的反应来实现，而蚀刻工艺通常是由Ar和2O的溅射来完成。1.2DCVD工艺的分类第1章绪论介电质化学气相淀积(DielectricChemicalVaporDeposition，DCVD)，是通过气体或者气相反应物通过化学反应的方式在基底表面形成固态薄膜。现在半导体工艺里所使用的淀积式的介电材质，可以说通通是DCVD的方式制作的。DCVD的优点是可以通过控制淀积气体制成精确的材料，而且线在当宽越来越窄，金属层层数越来越多之后，DCVD因为具备良好的阶梯覆盖(StepCoverage)的能力，使它在半导体制程上所扮演的角色越来越重要。DCVD种类很多包括供应商和在半导体制造中的常见应用层。主要有常压化学气相淀积(APCVD)，低压化学气相淀积(LPCVD)，次大气压化学气相淀积(SACVD)，等离子体增强化学气相淀积(PECVD)，高密度等离子体化学气相淀积(HDPCVD)等。下面简单介绍这几种DCVD制程的特点：1)、APCVD是半导体业界第一种类型的DCVD，由于反应在常压下进行，反应器设计相对简单并允许高的淀积速度，连续工艺的APCVD系统有高的设备产量、优良的均匀性以及制造大直径硅片的能力，APCVD的问题是高的气体消耗，并且需要经常清洁反应腔。APCVD主要用来淀积二氧化硅和参杂的二氧化硅。2)、LPCVD通常是在中等真空度下(约0.1-5托)，反应温度一般为300-900℃，常规的氧化炉(卧式或立式的)以及多腔集成设备都可以应用于LPCVD中。LPCVD的特点是反应压力低于APCVD，热壁反应需要周期性的维护去除反应腔内的颗粒。LPCVD主要用来淀积二氧化硅，氮化硅，多晶硅等。3)、SACVD在进行化学反应时，反应腔中的压力往往达到200托，甚至600托以上，所以被命名为次常压CVD。4)、PECVD是通过使用等离子体能量来产生并维持DCVD反应。PECVD的反应压力和LPCVD的压力是可以比拟的，因此，PECVD紧随着LPCV的发展而发展，不同的是PECVD的反应温度要远远低于LPCVD的反应温度，因此PECVD常用于后端铝线间薄膜的淀积。5)、HDPCVD字如其名，高密度等离子体化学气相沉积是以高密度混合气体的形式，直接与反应腔内的硅片的表面接触，它是PECVD发展的高阶形式。与其它DCVD制程技术相比，HDPCVD能够填充高深宽比间隙的薄膜，并且可以在300~400℃的低温条件下反应。第2章HDPCVD的工艺原理第2章HDPCVD的工艺原理2.1CVD工艺概述半导体加工其实是一个平面加工的过程，这一加工的过程其中就包含了在硅片表面生长不同膜层。在硅片表面生长薄膜是通过淀积工艺可以完成的，DCVD成膜技术主用用于隔离绝缘介质层之间的膜。伴随着晶圆加工向更高的芯片密度提高，特征尺寸减小到小于0.18μm，加工所用的材料和工艺也都有了显著的变化。为了获得更好的电学性能，器件的各种参数都需要有一个同时同比例的缩小。在如今的