沉积作者

薄膜均匀性与台阶覆盖:两个不同的空间问题

薄膜均匀性关注某个规定区域内,薄膜性质怎样变化;台阶覆盖关注局部结构的不同表面,例如顶部、侧壁和底部,怎样获得沉积。晶圆上的均匀性良好,不能证明狭窄开口内部也覆盖良好。[T1]

先说明观察尺度

在开放区域采样的厚度图,可以描述这些位置之间的横向差异,却可能无法说明沟槽内部隐藏表面的状态。反过来,一个截面里的沟槽覆盖良好,也不能证明晶圆所有区域都获得相同薄膜。

均匀性还需要指明被比较的性质:厚度、组成和电学行为都可能变化,其中一项一致,不代表其它项也一致。只说“薄膜很均匀”,却不说明性质和采样区域,是不完整的表达。

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覆盖取决于可达性与表面响应

材料需要先到达表面,再发生所需生长反应。局部几何改变到达条件,表面化学影响生长在哪里开始、怎样继续。因此,顶部覆盖良好时,底部仍可能偏薄或不连续。

自限制生长有助于共形性,但没有消除输运限制。针对高深宽比结构的 ALD 建模研究,就明确讨论了输运与表面反应不能实现完全共形覆盖的情况。这里引用的是这一适用边界,不是对所有 ALD 工艺作统一结论。[P3]

观察结果支持的结论不能直接延伸出的结论
多个开放区域厚度相近已采样位置均匀性良好沟槽底部覆盖完整
一处结构的顶部、侧壁、底部覆盖相近该局部结构具有共形覆盖所有晶圆区域都均匀
沉积后看不到剩余空腔观察到的空腔被填充每层界面膜都连续
膜厚相近被测位置几何相似组成与电学质量相同

覆盖与填充还要再分开

共形覆盖沿原有起伏生长,不一定消除空腔。相对表面的膜逐渐靠近时,剩余通路可能收窄。最终能否填满,取决于整个生长演化,不能只看初始覆盖是否共形。[T1]

所以,衬垫可以完成界面任务,而不承担主体填充。反过来,只检查有没有填满,也可能漏掉孔底衬垫不连续的问题。同一结构内不同材料的任务并不相同。

一个双尺度练习

设想各个开放区域的厚度测量都一致,但截面显示底部膜更薄。说明采样尺度后,矛盾就消失了:开放区域横向均匀性良好,局部覆盖仍不完整。

再设想相反情况:一个位置的结构具有共形膜,其它位置的开放区域厚度却变化明显。局部结论仍成立,但不能延伸成全片均匀。保留这两项独立描述,比只凭一张图给整套沉积贴上“好”或“坏”的标签更准确。

原始资料链接

参考来源

[T1] 教科书2000

Silicon VLSI Technology - Full

James D. Plummer, Michael D. Deal, Peter B. Griffin

Silicon VLSI Technology · ISBN 978-0130850379

[P3] 论文2022

Modeling Incomplete Conformality during Atomic Layer Deposition in High Aspect Ratio Structures

Luiz Felipe Aguinsky, Frâncio Rodrigues, Tobias Reiter, Xaver Klemenschits, Lado Filipovic, Andreas Hössinger et al. · arXiv

DOI: 10.48550/arXiv.2210.00749

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常见问题

共形性就是均匀性吗?
不能脱离尺度讨论。共形性通常指跟随局部起伏的覆盖;均匀性描述选定采样范围内的差异。
ALD 保证完美台阶覆盖吗?
不保证。输运、表面饱和、成核及具体结构仍然重要。
台阶覆盖可以证明沟槽填满吗?
不能。覆盖各个表面与消除中间空腔,是不同结果。

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