ic芯片金属 半导体行业(七十六)——加热工艺(十七)

对于先进的DRAM芯片,多晶硅、硅化钨、钨氮化和钨(多晶硅/WSix/WN/W)堆积是常用的栅/数据线;钨氮化物、钨(WN/W)堆积被用于位线。最先进的DRAM芯片采用埋数据线(BWL)技术,它采用TiN/W堆积于阵列晶体管的栅极和数据线;多晶硅/WS《/WN/W置于位线和外围晶体管的栅电极。下图所示的配套系统可用于沉积多晶硅/WSix/WN/W,有4个反应室一次进行淀积过程。

单晶圆的多晶硅沉积主要在10~200Torr的低压下采用硅烷化学反应进行,沉积时的温度为550℃、750℃,沉积速率可高达2000Å/mm。干式清洁系统中通常使用HCI移除沉积在反应室内壁上的多晶硅薄膜,这将有助于减少微粒物的产生。

氮化硅沉积

氮化硅是一种致密的材料,在IC芯片上广泛用于扩散阻挡层。硅局部氧化形成过程中,用氮化硅作为阻挡氧气扩散的遮蔽层见下图。因为氮化硅的研磨速率比未掺杂的硅玻璃低,因此浅槽隔离形成中,氮化硅也作为化学机械研磨(GMP)的停止层(见下图)。

氮化硅也可以用于形成侧壁空间层、氧化物侧壁空间层的刻蚀停止层或空间层。一般情况下,在金属沉积之前,电介质层(PMI))掺磷硅玻璃或硼磷玻璃沉积过程时,将首先沉积氮化硅层作为掺杂物的扩散阻挡层,从而可以防止硼或磷穿过超薄栅氧化层进人硅衬底造成元器件损伤。氮化硅阻挡层也可以作为自对准工艺的刻蚀停止层(见下图)。

这些氮化物可以通过LPCVD工艺形成。对于扩散阻挡层氮化物,先进的IC芯片制造考虑热积存问题,使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD),因为PECVD反应需要的温度明显低于LPCVDO一些先进的CMOS集成电路芯片使用氮化应变,对PMOS和NMOS沟道形成应变。对于双轴应变技术,采用PECVD氮化物的压应力形成PMOS沟道压缩应变;利用LPVCD的拉应力形成NMOS拉伸应变沟道。

铜金属化过程中,氮化硅薄层通常作为金属层间电介质层(IMD)的密封层和刻蚀停止层。而厚的氮化硅则用于作为IC芯片的钝化保护电介质层(Passive Dielectric,(PD)。下图显示了氮化硅在铜芯片中作为金属沉积前的电介质层(PMI))、金属层间电介质层(IMD)和钝化保护电介质层(PD)的应用情况。

第一次铝合金金属层沉积完成后ic芯片金属,晶圆就不能在超过450℃的温度下进行任何工艺操作,所以大多数金属层间电介质(IMD)和钝化保护电介质(PD)的氮化硅沉积过程都在4開℃左右的温度下通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)进行薄膜生长。PECVD可以在相对低的温度下获得高的沉积速率,这是由于等离子体产生的自由基将在很大程度上增加化学反应速率。PECVD工艺将在后面讨论。

与PECVD生长的氮化硅相比,LPCVD生长的氮化硅薄膜具有好的质量及较少的含氢量ic芯片金属,因此LPCVD工艺被广泛用于沉积局部氧化的氮化硅、浅沟槽隔离氮化硅、空间层氮化硅,以及金属沉积前电介质层(PMI))氮化硅阻挡层。此外,LPCVD氮化硅工艺不容易产生等离子体所引起的元器件损坏问题,这一点在PECVD工艺中无法避免。

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