为什么多晶硅通常用LPCVD沉积
时间：2025-06-16 发布人：admin 点击数：0
硅的沉积方式包括物理气相沉积和化学气相沉积，但在半导体和MEMS实际工艺流程中，几乎采用的都是化学气相沉积法。单晶硅薄膜主要通过MOCVD（金属氧化物化学气相沉积）制备外延层；非晶硅由于是低温工艺，常采用PECVD（等离子体增强化学气相沉积）；多晶硅则可以采用PECVD、APCVD（常压化学气相沉积）和LPCVD（低压化学气相沉积），若采用PECVD则需要一步退火，将非晶转多晶。LPCVD（低压化学气相沉积）成为多晶硅沉积的主流方法，主要基于以下技术优势：低压环境的扩散优势：LPCVD 在低压（通常 10-100Pa）下运行，反应气体的平均自由程增大，扩散系数提高，可在高深宽比（如沟槽、通孔）的半导体结构中实现更均匀的沉积，避免局部厚度偏差。实例：在 MOSFET 栅极结构中，多晶硅需均匀覆盖栅氧化层，LPCVD 可确保栅极线条的厚度一致性，避免电学性能波动。高温工艺促进晶体生长：LPCVD 沉积多晶硅的温度通常在 600-1000℃，高温环境有利于硅原子在衬底表面迁移并形成规则的晶体结构，减少非晶相或缺陷，提升多晶硅的电学性能（如载流子迁移率）。对比 PECVD：PECVD 虽可在低温（300-400℃）下沉积，但等离子体轰击易引入晶格缺陷，且薄膜致密性较差，不适合对结晶质量要求高的场景。应力控制：LPCVD 沉积速率较慢（通常 50-200nm/min），薄膜内应力较低，避免对衬底或下层薄膜造成损伤（如开裂、翘曲）。杂质控制：工艺过程不依赖等离子体，可减少气体电离产生的离子污染，同时低压环境下反应副产物易排出，降低颗粒杂质残留风险。LPCVD 设备通常采用批量管式炉设计（如垂直炉管），可同时处理数十片晶圆，单位成本低，适合半导体量产需求。高温工艺虽热预算较高，但多晶硅沉积通常在前端工艺（如栅极形成）中进行，此时衬底尚未集成热敏器件，高温影响可接受。低压环境下反应气体的流量、温度等参数易于精确控制，可重复性高，满足半导体制造对工艺一致性的严格要求。例如，通过调节硅源气体（如 SiH₄、SiCl₄）的流量与分压，可精确控制多晶硅的沉积速率与掺杂浓度（如磷、硼掺杂）。LPCVD 凭借均匀性、结晶质量、工艺稳定性及量产适配性等综合优势，成为多晶硅沉积的首选方法。尽管面临低温工艺（如 PECVD 优化）或新型材料（如金属栅极）的挑战，但其在传统 CMOS 和存储器件中的核心地位仍难以替代。随着半导体工艺向三维集成发展，LPCVD 在高深宽比结构中的沉积优势将持续发挥作用。
