2.3.1　电子材料及其淀积

在半导体工艺中，通常采用PVD（物理气相淀积）和CVD（化学气相淀积）。化学气相淀积可用于淀积多晶硅、氮化硅、硅化钨等薄膜材料，常用的化学气相淀积有APCVD（常压化学气相淀积）、LPCVD（低压化学气相淀积）及PECVD（等离子体增强型化学气相淀积）等。LPCVD在压力为33～266Pa、温度为300～900℃的环境下完成，可以避免发生无用的气相反应，提高了薄膜淀积的均匀性，降低了生产成本，提高了淀积速率。LPCVD的反应装置为热壁LPCVD反应炉，如图2-6所示，参与淀积的晶圆置于有沟槽的石英管中，靠三温区管炉加热中间的石英管，工艺较为简单，含有薄膜所需的原子或分子的化学物质在反应腔内混合并在气态下发生反应，其原子或分子淀积在晶圆表面，形成薄膜。反应气体从一端流入，从另一端流出，应用射频加热的水平式外延反应器为冷壁。如果淀积反应放热，淀积速率随温度升高而降低，则需要选择热壁反应炉；如果淀积反应吸热，淀积速率随温度升高而提高，则需要选择冷壁反应炉。

发生的化学反应包括高温分解反应、还原反应、氧化反应和氮化反应。高温分解反应是仅受热量驱动的化学反应；还原反应是分子与氢气的化学反应；氧化反应是原子或分子与氧气的化学反应；氮化反应是形成氮化硅的化学反应。

氮化硅取代二氧化硅作为钝化层，促进了PECVD的发展。二氧化硅的淀积温度过高会导致铝合金与硅表面连接，可以采用增强的等离子体来解决该问题。从物理上讲，增强的等离子体与等离子体刻蚀类似，它们都具有在低压下工作的平行板反应腔，由射频引起辉光放电，或利用其他等离子源在淀积气体内产生等离子体。低压与低温的结合提供了良好的薄膜均匀性和生产力。PECVD在压力为6.6～665Pa、温度为200～350℃的环境下完成淀积，等离子能量得到提高，PECVD具有较低的反应温度，且易得到均匀性好的薄膜。淀积反应的装置为平行板射频等离子体CVD反应器，如图2-7所示。反应腔内有两块铝电极，上电极接射频电压，下电极接地，两电极间的射频电压降产生等离子体放电，两端由铝板密封。晶圆置于下极板，加热至100～400℃时，气体从下电极周围的气孔流入反应炉并流经放电区域。该反应装置的淀积温度较低，但腔内壁疏松的淀积物会污染晶圆。