集成电路制造技术 西交大 工程硕士 化学气相淀积

《集成电路制造技术 西交大 工程硕士 化学气相淀积》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第7章化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition)西安交通大学微电子学第7章化学气相淀积(CVD)7.1CVD概述7.2CVD工艺原理7.3CVD工艺方法7.4二氧化硅薄膜的淀积7.5氮化硅薄膜淀积7.6多晶硅薄膜的淀积7.7CVD金属及金属化合物薄膜7.1CVD概述化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition,CVD)是把构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气以合理的流速引入反应室，在衬底表面发生化学反应并在衬底上淀积薄膜的工艺方法。淀积的薄膜是非晶或多晶态，衬底

2、不要求是单晶，只要是具有一定平整度，能经受淀积温度即可。CVD淀积分类常压化学气相淀积（APCVD,Atmosphericpressurechemicalvapordeposition）低压化学气相淀积（LPCVD,Lowpressurechemicalvapordeposition）等离子增强化学气相淀积（PECVD,Plasmaenhancedchemicalvapordeposition）金属有机物化学气相淀积（MOCVD,Metal-Organicchemicalvapordeposition）

3、激光诱导化学气相淀积（LCVD,Laserchemicalvapordeposition）微波等离子体化学气相淀积（MWCVD,Microwaveassistedchemicalvapordeposition）按气压分类按反应激活能分类薄膜淀积半导体工艺中的“薄膜”是一种固态物质，之所以称之为膜是因为这层固态物质的厚度相对于宽和长来说是非常的小，如图所示。SiliconsubstrateOxide宽长厚与衬底厚度相比薄膜厚度非常薄制备薄膜的材料有：Si、GaAs等半导体材料；Au、Al、Cu等金属材料；

4、SiO2、Si3N4、Al2O3等无机绝缘材料；多晶硅、非晶硅等半绝缘材料。制作的方法：间接生长法直接生长法间接生长法是指制备薄膜所需的原子或分子由含其组元的化合物，通过氧化、还原、热分解等反应而得到。例如：气相外延、热氧化、化学气相淀积等都属于间接生长法。优点：设备简单，容易控制和重复性较好，适于批量生产。直接生长法是指以源直接转移到衬底上形成薄膜的方法。例如：真空蒸发、溅射、涂敷等。薄膜淀积是指任何在硅片表面上物理淀积一层膜的工艺，属于薄膜制造的一种工艺，所淀积的薄膜可以是导体、绝缘体或者半导体。比

5、如二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）、多晶硅以及金属（AL、Cu、W等）。对膜质量要求包括物理、化学、机械和电学等方面的特性要求。7.2CVD工艺原理反应剂引入，在衬底表面附近形成“滞留层”反应剂被吸附在硅片表面，并进行化学反应在硅片表面成核、生长成薄膜反应后的气相副产物排出反应室CVD反应室Substrate连续膜8)副产物去除1)反应物的质量传输副产物2)薄膜先驱物反应分解3)气体分子扩散4)先驱物的吸附5)先驱物扩散到衬底中6)表面反应7)副产物的解吸附作用排气气体传送CVD传输和反应步骤

6、图CVD的化学反应条件（1）在淀积温度下，反应剂需有足够高的蒸气压；（2）除淀积物外，反应的其它物质必须是挥发性；（3）淀积物本身必须具有足够低的蒸气压；（4）薄膜淀积所用的时间必须足够短---高效率，低成本；（5）淀积温度必须足够低--避免对先前工艺影响；（6）CVD不允许化学反应的气态副产物进入薄膜；（7）化学反应必须在被加热的衬底表面进行。7.2.2薄膜淀积速率及影响因素CVD反应室内的流体动力学反应室工作气体是常压或初真空度，分子平均自由程远小于反应室尺寸，气流是粘滞流。边界层（附面层，滞流层

7、）边界层厚度生长动力学从简单的生长模型出发，用动力学方法研究化学气相淀积，推导出生长速率的表达式及其两种极限情况与热氧化生长稍有不同的是，没有了在SiO2中的扩散流Jg是反应剂分子的粒子流密度Js代表在衬底表面化学反应消耗的反应剂分子流密度气体薄膜衬底CgCsJgJsGrove模型hg是质量输运系数（cm/sec）在稳态，两类粒子流密度应相等。这样得到可得：假定Jg正比于反应剂在主气流中的浓度Cg与在硅表面处浓度CS之差假定在表面经化学反应淀积成薄膜的速率正比于反应剂在表面的浓度CS，则ks是表面化

8、学反应系数（cm/sec）设Y----在气体中反应剂分子的摩尔百分比Cg----每cm3中反应剂分子数CT----在气体中每cm3的所有分子总数N----形成薄膜的单位体积中的原子数。对硅外延N为5×1022cm-3则薄膜淀积速率：Y一定时，G由hg和ks中较小者决定1、如果hg>>ks，则Cs≈Cg-----表面化学反应速率控制过程，有2、如果hg<