銅材料的CVD工藝是怎么實現的

文章來源：Tom聊芯片智造

原文作者：芯片智造

介紹了銅材料的CVD工藝是怎么實現的以及什么情況下會用到銅CVD工藝。

銅CVD，更具體點說，是利用MOCVD的方法來制取銅薄膜。大多數的人對于銅CVD相對陌生，因為CVD常用來制取介質薄膜，而金屬薄膜用PVD制取較常見。那么既然PVD可以制取Cu薄膜，那為什么還要用CVD的方法制取呢？什么場景下會用到銅CVD工藝呢？

銅CVD工藝步驟？

首先，選擇適合的銅前驅體，將晶圓放入CVD反應室中。調整反應室的溫度、壓力和氣體流速等。通過傳輸系統將銅前驅體（氣態）和氫氣、氮氣或惰性氣體等輸送到反應室中。在加熱的晶圓表面，銅前驅體分解并沉積形成銅薄膜。沉積完成后，還需要對銅薄膜進行退火等后處理。

銅前驅體介紹？

銅前驅體包含銅元素，具有良好的揮發性，并且能夠在高溫下分解釋放出銅原子，銅原子隨后在晶圓上沉積形成薄膜。

前驅體可以是有機銅化合物或者無機銅鹽。有機銅化合物通常是把銅離子和有機配位基相連而組成的。銅有兩個電子價態，即+1，+2價，因此銅的前驅體可細分為：

1，銅無機物

銅氯化物（CuCl，CuCl2）等等

2，銅(I)的有機絡合物

一般為Cu(hfac)(TMVS)，Cu(hfac)(DMB)，Cu(hfac)(MP)等等。

3，銅(II)的有機絡合物：

Cu(hfac)2,Cu(acac)2,Cu(tfac)2,Cu(thd)2,Cu(dmac)2,Cu(dmap)2,Cu(deap)2等等。

CVD銅比PVD銅所具有的優勢

更好的填充能力：前驅體氣體可以滲透到晶圓上的任意微細結構，因此側壁和底部不存在物理限制，都能進行反應。這使得CVD特別適合填充高縱深比的細微圖案，如在制造DRAM和邏輯器件的互連銅種子層時需要用到銅的CVD工藝。

較高的均勻性：由于化學反應是在整個晶圓表面同時進行的，所以CVD可以實現非常均勻的覆蓋，且薄膜的純度和質量更高。

更好的附著力：CVD過程中銅是通過化學反應直接在晶圓上生長的，前驅體氣體分子在晶圓表面發生了化學鍵的斷裂與化學鍵的生成，化學鍵使得薄膜與晶圓之間的結合更加牢固。而PVD主要是通過物理過程將靶材的銅轉移到晶圓表面，薄膜與晶圓的結合力會大打折扣。

可控性強：通過調整CVD反應的工藝參數，工程師可以精確控制薄膜的生長過程，可更方便控制薄膜的性質，如厚度，成分，應力，粗糙度，導電性等。

為什么銅CVD沒有PVD普遍？

1，銅CVD機臺相對昂貴

2，銅CVD的速率較慢，不適合厚度較大的薄膜制備

3，銅前驅體具有很大的危險性

因此，PVD能夠滿足的薄膜制程，一般不采用CVD的方式。