LPCVD设备维修及应用[1].doc

低压化学气相淀积设备使用与维护技术
谭刚吴嘉丽李仁锋
中国工程物理研究院电子工程研究所传感器研究中心四川绵阳621900
摘要：LPCVD是大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)以及半导体光电器件 工艺领域里的主要工艺之一。PCVD技术可以提高淀积簿膜的质量，使膜层具有均匀性好、 缺陷密度低、台阶覆盖性好等优点，成为制备Si3N4薄膜的主要方法。热壁LPCVD设备使 用过程中出现薄膜的淀积速率、薄膜的均匀性、片内均匀性、片间均匀性不理想等问题，提 出解决办法。
一、 引言
PCVD技术可以提高淀积薄膜的质量，使膜层具有均匀性好，缺陷密度低，台阶覆盖性 好等优点，成为制备Si3N4薄膜的主要方法。淀积时，硅片垂直放人反应器中，间隙紧凑， 大大提高了设备的加工能力，有利于降低生产成本，与水平放置硅片的系统相比，避免了反 应器掉落微粒的沾污。
热壁LPCVD技术有如下特点:淀积温度低、均匀性好，能很好地控制其组分，并有良 好的台阶覆盖性、可控性和重复性好，成本低、成品率高、适合大批量生产，且淀积薄膜不 受衬底的影响。
二、 设备使用中的问题
薄膜的淀积速率
热壁LPCVD Si3N4> Poly—Si薄膜的淀积速率不仅与参加反应的气体、气体流量大小有 关，还与炉温、淀积压力等因素有关。由于热壁LPCVD Si3N4> Poly— Si时，一般在表面 反应控制范围内，所以，Si3N4和Poly— Si薄膜的淀积速率随炉温升高而增加，随淀积压 力的增大而加快。目前的SiH2Cl2+NH3气体体系生成的Si3N4薄膜，淀积温度为740 一 800°C, 在此温度范围内所淀积的薄膜质量没有明显的差别。在SiH2Cl2+NH3反应系统中，为防止 淀积薄膜中有富硅，使用了较多量的NH3。一般采用SiH2Cl2+NH3=l:4 一 1:6的气体流量比。 在富氨的情况下，淀积速率与NH3流量的关系并不密切，而是随着SiH2Cl2流量的加大而增 高。值得注意的是，热壁LPCVD Si3N4> Poly—Si的淀积速率与装片量也有关，一般情况下 随着装片量的增加淀积速率减慢。
薄膜的均匀性
热壁LpCVD与热壁常压CVD(APCVD)相比有一个明显的特点:即前者有较好的薄膜 (如:Si3N4、Poly — Si)淀积均匀性，但不同的气体反应体系其均匀性相差也较大，如在热壁 LPCVD中采用SiH4+NH3反应体系制备Si3N4,片内膜厚的不均匀性较严重，可达20%, 虽然通过改进石英舟结构可使不均匀度控制在士 5%以内，但不能满足高质量薄膜的要求。 而在热壁LPCVD系统中采用SiH2Cl2+NH3反应气体制备Si3N4薄膜，不需要对石英舟作任 何改进就能达到较好的均匀性，且对温度的影响也较小。
但在实际工作中可能会出现下列几种情况：
⑴片内均匀性不理想
热壁LPCVD Si3N4薄膜淀积完毕后发现同一片内薄膜，有一点较厚，其余二点居中。 这种情况一般为硅片的圆心与石英炉管的轴心偏离位置不同所引起的。在最佳位置生长状态 下，生长的簿膜用五点测试时，其最簿点应为圆心，其余四点基本一致。由于悬臂，载片舟 及硅片的位置形状决定通过每个石英管截面的气流模式，当硅片偏离在在炉管中最佳位置范 围时，流过管内每个截面各部分的气压差、流速变大，