金属化学气相淀积

 

由于低压化学气相淀积(LPCVD)具有诸多优点,因此它为金属淀积提供了第三种选择。LPCVD有许多优点,它不但不需要造价昂贵、维护复杂的高真空泵,而且提供了共形台阶覆盖和高的生产效率。或许最常用CVD淀积的难熔金属膜是钨(w)。

 

钨可以用于各种元件构造,包括接触阻挡层、MOS管的栅极互连和通孔塞。通孔填充是形成有效的多金属层系统的关键(参见下图)。绝缘层比较厚,而通孔相对细一些(深宽比大)。这两个因素有助于较难的连续金属淀积通孔,而且不会使通孔中金属变细。选择CVD淀积钨塞来填充整个通孔,而且为接下来的导电金属层淀积提供了平整表面。钨作为阻挡层金属,它的淀积可以通过硅与六氟化钨(WE)气体进行反应。其反应式为:

公式1

钨还可以通过WF6的有选择地反应淀积在铝和其他材料上。这个工艺被称为衬底缩减(substrate reduction)。钨可以通过WF6和H2生成,其反应式为:

公式2

以上所有淀积都是在LPCVD系统中进行,温度大约为3閬℃。这可以与铝金属化工艺相兼容。硅化钨和硅化钛层的工艺反应式为:

公式3

真空泵

 

低压化学气相淀积、离子注入、蒸发和溅射工艺都是在低压(真空)反应室中进行的(参见第2章)。真空反应室提供没有污染气体的工艺条件。在薄膜淀积工艺中,真空环境增加了淀积的原子和分子的平均自由程,这提高了薄膜淀积的均匀度和可控性。LPCVD是在低至10的负三次托(中真空)的压力范围内进行的,然而其他工艺是在低至10的负九次托(高真空到超高真空)的压力范围内进行的。中真空可以通过机械真空泵来获得。而在高真空工艺反应室,这些机械泵可以用在起初的减压阶段。在这种情况下,将其称之为粗抽泵。另外,我们还可以将机械真空泵用在高真空泵系统的出气端,帮助气体分子从泵转移到废气排放系统。

 

在粗真空建立之后,高真空泵接替完成最终的真空的建立。这种高真空泵可以是油扩散泵(diffusion)、低温泵(cryogenic)、离子泵(ion)或涡轮分子泵(tu0m0u)。无论是哪种泵,它们都是由特殊材料制成,不会向系统漏气(out gas),破坏真空。典型材料有3号不锈钢、无氧高导性铜〈OFHC)、科瓦铁镍钴合金、镍、钛、硼硅酸玻璃、陶瓷、钨、金和某些低挥发的人造橡胶。有些泵用于抽取腐蚀性和毒性气体或反应后的副产品,它们必须对内壁无腐蚀。而且,我们在维护这些泵时要十分小心。

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在选择和使用泵时有许多原则,它们是:

 

  • 要求的真空度
  • 所抽气体(像氢气一样轻的气体很难被抽出)
  • 抽气速率
  • 总的抽气量
  • 处理冲击负载的能力(周期性外溢气体)
  • 抽取腐蚀性气体的能力
  • 服务和维护要求
  • 停机时间
  • 成本

 

回顾前面,系统压力是指在封闭环境中,气体原子或分子在分子间力作用下,撞击反应室壁从而产生的压力。系统压力减小要求反应室内的气体移出。这基本上是由泵来完成的。首先,在泵内部,建立较低的压力,允许工艺反应室的气体流人泵,从而抽走整个系统的气体。在非常低的气压下,反应室内物质很少,继续减压就要求系统既无泄漏,也不能继续充进气体升压。某些系统采用收集器来阻止泵室中的材料回流(backstreaming)到反应室。在“油扩散泵”一节中将对冷收集器进行介绍。

 

 

 

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