10、集成电路多层金属化中的无机介电材料沉积技术

集成电路多层金属化中的无机介电材料沉积技术

1. 表面解吸

在SiO₂沉积反应中，会产生吸附氢原子（H⁺）和游离氢（H）等副产物。反应式如下：
[SiH_{4}^{+} + O_{2}^{+} \longrightarrow SiO_{2}^{+} + 4H^{+}]
吸附的氢原子会在衬底表面扩散，直到遇到另一个氢原子形成吸附的氢分子（H₂）。氢分子随后会解吸，通过边界层扩散并从反应室中移除。如果这些副产物不能被移除，它们可能会成为进一步沉积反应的限制因素。

由于上述反应在相邻位置会产生大量氢原子，氢分子的形成和移除应该很快。然而，在低温沉积时，氢的解吸可能会很慢，整个沉积过程会受到氢解吸过程的限制。当使用有机化合物（如TEOS）作为硅源时，副产物包含复杂的有机分子，这些分子也必须从表面解吸。有机副产物的不完全移除会导致碳或其他污染物掺入沉积的SiO₂薄膜中。

2. 等离子体增强化学气相沉积（PECVD）

2.1 沉积过程

使用PECVD的主要动机是降低沉积温度。等离子体中的高能电子可以激活气体之间的许多反应，产生激发的中性和离子化物种。有了这些激发物种，反应可以在比仅由热能激发的反应更低的温度下快速进行。

虽然等离子体产生高能电子和离子，但大部分气体和衬底与更具能量的电子不会达到平衡。在非平衡状态的辉光放电下，可以沉积出与沉积温度不处于热平衡状态的成分的薄膜。通过PECVD，许多介电材料可以在低于400°C的温度下以高速率沉积。一些用于沉积二氧化硅和氮化硅的典型PECVD反应列于表1（此处原文未给出表1具体内容）。

PECVD过程比热CVD过程复杂得多，因为等离子体中有各