方法的优缺点比较
各种方法都有其有缺点:从大的方面讲,直接PECVD法对样品表面有损伤,会增加表面少子的复合,但是也正是由于其对表面的轰击作用,可以去除表面的一些自然氧化层,使得表面的杂质原子得到抑制,另外直接法可以使得氢原子或氢离子更深入地进入到多晶硅晶界中,使得晶界钝化更充分。
使用不同频率的PECVD系统,也各有一定的优缺点:
(1)频率越高均匀面积越小,越难于达到大面积均匀性。
(2)频率越低对硅片表面的损伤越严重。
(3)频率越低离子进入硅片越深,越有利于多晶硅晶界的钝化。
反应室中的反应是很复杂的,有很多必须考虑的因素,沉积参数的变化范围是很宽的:反应室内的压力、晶片的温度、气体的流动速率、气体通过晶片的路程(如图所示)、气体的化学成份、一种气体相对于另一种气体的比率、反应的中间产品起的作用、以及是否需要其它反应室外的外部能量来源加速或诱发想得到的反应等。额外能量来源诸如等离子体能量,当然会产生一整套新变数,如离子与中性气流的比率,离子能和晶片上的射频偏压等。
然后,考虑沉积薄膜中的变数:如在整个晶片内厚度的均匀性和在图形上的覆盖特性(后者指跨图形台阶的覆盖),薄膜的化学配比(化学成份和分布状态),结晶晶向和缺陷密度等。当然,沉积速率也是一个重要的因素,因为它决定着反应室的产出量,高的沉积速率常常要和薄膜的高质量折中考虑。反应生成的膜不仅会沉积在晶片上,也会沉积在反应室的其他部件上,对反应室进行清洗的次数和彻底程度也是很重要的。
目前,在中国微波法PECVD系统占据市场的主流,而管式PECVD系统也占据不少份额,而岛津的板式系统只有5~6条生产线在使用。直流法PECVD系统还没有进入中国市场。
除了上述几种模式的PECVD系统外,美国的Applied
Material公司还开发了磁控溅射PECVD系统,该系统使用磁控溅射源轰击高纯硅靶,在氨气的气氛中反应溅射,形成SiNx分子沉积到样品表面。这种技术的优点是不使用易爆的硅烷气,安全性提高很多,另外沉积速率很高。
如果按照PECVD系统所使用的频率范围,又可将其分成以下几类:
■ 0 Hz:直流间接法——OTB公司
■ 40 KHz:Centrotherm公司管式直接法PECVD和Applied Material公司的磁控溅射系统
■ 250 kHz:岛津公司的板式直接法系统
■ 440 kHz:Semco公司的板式直接法
■ 460 kHz:Centrotherm公司管式直接法
■ 13.6 MHz:Semco公司和MVSystem公司的板式直接法系统
■ 2450 MHz:Roth&Rau公司的板式间接法系统。