半导体行业（七十四）——加热工艺（十五）

高温化学气相沉积

化学气相沉积是一种添加工艺，将在晶圆表面沉积一层薄膜层。高温化学气相沉积（CVD）过程包括外延硅沉积、选择性外延工艺、多晶硅沉积和低压化学气相（LPCVD）氮化硅沉积。

外延硅沉积

外延硅是一种单晶硅层，通过高温过程沉积于单晶硅晶圆的表面。双载流子晶体管、双载流子互补型金属氧化物半导体晶体管（BiCMOS）IC芯片，以及高速先进金属氧化物半导体晶体管（CMOS）IC芯片均需要使用外延硅层。

硅烷（SiH4）、二氯硅烷（DCS，SiH2C12）和三氯硅烷（TCS，SiHC13）是硅外延生长中最常使用的三种气体。硅外延生长的化学反应如下：

选择性外延工艺

通过图形化硅氧化或氮化硅掩蔽薄膜生长，可以在掩蔽膜和硅暴露的位置生长外延层。这个过程称为选择性外延生长（SEG）。下图显示了利用SEGSiC形成NMOS拉伸应变沟道，以及利用SEGSiGe形成PMOS压缩应变沟道。

多晶硅沉积

自从20世纪70年代中期离子注入被引入IC生产中作为硅掺杂工艺后，多晶硅就作为栅极材料使用，同时也广泛用于DRAM芯片的电容器电极。下图显示了多晶硅在先进DRAM芯片上的应用。

硅化物叠在第一层多晶硅（Poly1）上形成栅电极和局部连线，第二层多晶硅（Poly2）形成源极/漏极和单元连线之间的接触栓塞。硅化物叠在第三层多晶硅（Poly3）上形成单元连线，第四层多晶硅（Poly4）和第五层多晶硅（Poly5）则形成储存电容器的两个电极，中间所夹的是高介电系数的电介质。为了维持所需的电容值，可以通过使用高介电系数的电介质减少电容的尺寸。

多晶硅沉积是一种低压化学气相沉积（LPCVD)，一般在真空系统的炉管中进行（见下图）。

多晶硅沉积一般采用硅烷（SiH4）化学反应。高温条件下硅烷将分解并在加热表面形成硅沉积，该化学反应可以表示如下：

SiH4—>Si+2H2

多晶硅也可以使用二氯硅烷（SiH2C12，DCS）的化学反应形成沉积。高温状态下DCS将和氢反应并在加热表面形成硅沉积，DCS过程需要的沉积温度比硅烷过程高。DCS的化学反应为：

SiH2C12+H2+Si+2HCl

通过在反应室内（即炉管中）将三氢化砷（AH3）、三氢化磷（PH3）或二硼烷（B2H6）的掺杂气体直接输入硅烷或DCS的硅材料气体中，就可以进行临场低压化学气相沉积（LPCVD）的多晶硅掺杂过程。

一般情况下，多晶硅沉积是在0．2一1.0 Torr的低压条件及600、650℃之间的沉积温度下进行，使用纯硅烷或以氮气稀释后纯度为20％到30％的硅烷。这两种沉积过程的沉积速率都在100-200?/min之间，主要由沉积时的温度决定。晶圆内的薄膜厚度不均匀性低于4％。

FindRF已经成为著名连接器和电缆组件品牌罗森伯格的代理商，欢迎感兴趣的亲们直接联系service@max-rf.com！