晶圓制造之化學(xué)氣相沉積CVD工藝

在制造集成電路時(shí)，有時(shí)候我們需要在硅片（也就是晶圓）表面上沉積一些特定的材料層，比如氮化硅（Si?N?）或氮氧化硅（SiON）。這些材料層不能直接從基板上生成，所以我們采用化學(xué)氣相沉積（CVD）這種方法。

CVD的原理是：我們將含有所需元素的氣體引入到反應(yīng)室中，然后通過(guò)加熱讓這些氣體分解。雖然氣體不直接與晶圓表面發(fā)生反應(yīng)，但晶圓表面作為一個(gè)承載的底層，氣體在其表面逐漸形成我們想要的材料層。

1. 為什么需要CVD工藝？

在硅基集成電路的制造過(guò)程中，有時(shí)需要在基板（通常是硅晶圓）上沉積某些材料層，這些材料包括氮化硅（Si?N?）和氮氧化硅（SiON）。這些材料無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的物理或化學(xué)反應(yīng)直接從基板上生成，因此我們需要采用特殊的沉積方法，來(lái)確保這些材料層能夠準(zhǔn)確地在晶圓表面沉積。

2. CVD的基本原理

化學(xué)氣相沉積（CVD）是一種通過(guò)使用氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)沉積固體薄膜的工藝。CVD的基本工作原理是將含有所需沉積元素的氣體引入反應(yīng)室，然后通過(guò)加熱使氣體發(fā)生化學(xué)分解。這種氣體在高溫條件下分解，形成所需的材料（如氮化硅或氮氧化硅），并逐漸沉積在晶圓表面。

關(guān)鍵點(diǎn)：氣體并不直接與晶圓表面發(fā)生反應(yīng)，晶圓表面只是作為底層，而氣體分解后會(huì)在其表面沉積。

3. 工藝參數(shù)的影響

CVD的過(guò)程參數(shù)，主要包括溫度和壓力，直接影響沉積層的密度和覆蓋情況。不同的CVD工藝會(huì)有不同的沉積效果，尤其在層的均勻性和致密性方面表現(xiàn)不同。

溫度：溫度是影響沉積速率和材料層質(zhì)量的關(guān)鍵因素。高溫通常有助于提高沉積的共形性（即層在垂直和水平表面上的沉積厚度接近）。

壓力：壓力的變化會(huì)影響氣體的流動(dòng)和反應(yīng)速率，進(jìn)而影響薄膜的沉積速度和質(zhì)量。

4. 共形沉積與共形性K

根據(jù)工藝參數(shù)（例如壓力和溫度）的不同，CVD方法可以分成多種類型，每種類型沉積的材料層密度和覆蓋情況可能不同。理想情況下，沉積在水平表面和垂直表面的厚度應(yīng)該相等，這種情況我們稱之為共形沉積。

為了量化這種共形性，我們引入了共形性參數(shù)“K”，它是垂直沉積速率（Rv）與水平沉積速率（Rh）的比值。如果沉積在水平表面的速率比垂直表面慢，比如只有一半，那么K值會(huì)是0.5，這表示沉積的效果不夠理想。只有在高溫下，我們才能更容易實(shí)現(xiàn)較高的共形性。

K= Rv/Rh：如果K=1，意味著沉積在垂直和水平表面的材料厚度相等，表示理想的共形沉積。

如果K<1，比如K=0.5，這意味著在水平表面的沉積速率只有垂直表面的一半，表明沉積的均勻性較差。

5. 共形性與溫度的關(guān)系

高溫能夠顯著提高CVD工藝的共形性。這是因?yàn)楦邷啬軌蚣涌鞖怏w的分解，使得氣體的反應(yīng)更徹底，形成的沉積層更均勻，尤其是在復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)（如溝槽、孔隙）中，溫度越高，材料越容易均勻覆蓋各個(gè)表面。

CVD工藝是一種在高溫下利用氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)在晶圓表面沉積材料薄膜的技術(shù)。它的核心在于通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、壓力等工藝參數(shù)，控制沉積層的密度和均勻性。共形性是衡量沉積層均勻度的關(guān)鍵指標(biāo)，高溫有助于實(shí)現(xiàn)較高的共形性，從而確保在集成電路制造中的材料層質(zhì)量。

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作者：胡工，北京大學(xué)微電子本碩，北京大學(xué)半導(dǎo)體校友會(huì)成員，在半導(dǎo)體行業(yè)工作多年，常駐深圳。歡迎交流，備注姓名+公司+崗位。老虎說(shuō)芯行業(yè)課程：通俗理解半導(dǎo)體行業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)（入門或轉(zhuǎn)行必備）