薄膜淀积工艺的保角性=台阶覆盖性吗？如何做到好的保角性呢？

薄膜的保角性，又称保形性，指的是薄膜淀积台阶覆盖能力和空隙填充能力，以及保留原始形状的能力。保角性不能简单地和台阶覆盖性划等号，保角性的概念包含了台阶覆盖的概念。  

薄膜保角性，要求所有图形上（表面、底面和侧壁）淀积的薄膜厚度相同，也称共性覆盖。而台阶覆盖性，不要求沿着台阶所有界面的膜层厚度是均匀的，只要能覆盖下层。因此，薄膜保角性比台阶覆盖性要求更高。那么如何做到好的保角性呢？要求淀积物在台阶表面吸附后迅速迁移，才能使薄膜厚度均匀。这样就有必要介绍薄膜的沉积方式。

 

图1 保角性和台阶覆盖性的比较

物理气相沉积（PVD，Physical Vapor Deposition），一般针对淀积金属薄膜。是在真空条件下，金属源通过物理驱动传输到衬底上，主要的方法包括蒸发和溅射。PVD淀积薄膜在不平整的表面时，在表面淀积的速率明显高于侧壁，且侧壁越靠下，淀积速率越低，造成台阶顶部的突悬。高深宽比的台阶，基本不提保角性，甚至无法做到良好的台阶覆盖，侧壁靠下部分无法淀积薄膜。这也是TGV（玻璃通孔）、TSV（硅通孔）技术和通孔填铜的技术难点。那么对比蒸发和溅射，哪种台阶覆盖更好呢？一般而言，认为溅射更好，尤其是射频磁控溅射，通过衬底加热和对衬底施加射频都可以提高台阶覆盖性。

 

图2 台阶悬突和台阶保角

化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)是半导体工业中应用最为广泛的材料淀积技术，包括大部分的的介质薄膜和少量的金属薄膜。从原理上说，两种或两种以上的气态或液态原材料导入到一个反应室内，通过吸附、化学反应和排出副产物，形成目标膜层在衬底淀积。由于CVD是直接在图形上生成目标物，因此它的保角性是值得探索和研究的。CVD参数的可调范围是很宽：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、气体的化学成份、一种气体相对于另一种气体的比率等，合适的淀积参数确定，是形成保角性的必要条件。

 

图3 CVD沉积原理图示和反应步骤

CVD技术常常通过反应类型或者压力来分类，包括低压CVD（LPCVD），常压CVD（APCVD），亚常压CVD（SACVD），超高真空CVD（UHCVD），等离子体增强CVD(PECVD)，高密度等离子体CVD（HDPCVD）和快热CVD（RTCVD）。

一般情况，搭配液态源的LPCVD和PECVD有可能实现较好的薄膜保角性。正硅酸乙脂（TEOS）为无色透明液体，在700 ℃以上，低压掺氧条件下分解可产生二氧化硅和有机物，其中氧对TEOS热分解起到催化作用，其介质层膜厚均匀、保角性好且具有良好的介电性能。在硅电容中，即采用LPCVD在深沟槽内沉积多晶硅淀积极板层。

 

图4 TEOS的两种CVD台阶覆盖性和保角性的比较

另外介绍一种保角性近乎100%的技术，原子层沉积ALD，这也是CVD的一种。ALD是一层一层的生长工艺，每一周期有自约束，因此对于超薄层生长的控制要好得多。在衬底绝缘层氧化物上，对保角性要求高且薄膜厚度低的场景非常适用。在硅电容中，深沟槽中的绝缘层即可采用ALD保证其厚度均匀性好。

 

图5 深沟槽硅电容示意图

尽管CVD比PVD有更好的台阶覆盖特性，但目前通孔填铜的种子层和钽氮扩散层薄膜都是通过PVD来淀积的，CVD实际应用大部分在介质膜和绝缘膜，实际的工艺选择还是需要根据芯片的设计要求，并不是说所有的膜层都要求100%保角性。  

审核编辑：刘清