ch7化学气相淀积ppt课件.ppt

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1、微电子制造工艺概论第7章化学气相淀积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本章主要内容7.1CVD概述化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition,CVD)是将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通入反应室，通过化学反应在衬底上进行薄膜淀积的工艺方法。淀积的薄膜是非晶或多晶态，衬底不要求是单晶材料，只要是具有一定平整度，能够经受淀积温度即可。特点：附着性好；薄膜保形覆盖能力强；应用：绝缘介质薄膜，多晶硅半导体薄膜等薄膜制备方面；

2、金属化系统中的钨、硅化物等金属、金属硅化物；深亚微米中的微小接触孔或高深宽比结构的衬底表面能够很好的覆盖薄膜。气压分类常压化学气相淀积（APCVD,Atmosphericpressurechemicalvapordeposition）低压化学气相淀积（LPCVD,Lowpressurechemicalvapordeposition）反应激活能分类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）激光诱导化学

3、气相淀积（LCVD,Laserchemicalvapordeposition）微波等离子体化学气相淀积（MWCVD,Microwaveassistedchemicalvapordeposition）温度分类低温CVD中温CVD高温CVD7.1CVD概述7.2CVD工艺原理(1)反应剂引入，在衬底表面附近形成“滞留层”(2)反应剂被吸附在硅片表面，并进行化学反应(3)在硅片表面成核、生长成薄膜(4)反应后的气相副产物排出反应室7.2.1薄膜淀积过程多晶硅薄膜淀积为例，反应剂为用氢气稀释的硅烷，反应为SiH4→Si+2H2淀积过程分为5个基本步骤：氢气和硅烷混合物进入反应室；硅烷

4、从主气流区以扩散方式穿过边界层到达衬底硅片表面；硅烷以及在气态分解的含硅原子团吸附在硅片表面，成为吸附原子；吸附的硅和含硅原子团发生表面化学反应，生成硅在衬底上聚集，连接成片、被后续硅原子覆盖成为淀积薄膜；反应副产物氢气和未反应的反应剂从衬底表面解析，扩散穿过边界层进入主气流区，被排出系统。与外延相似，由气相质量输运和表面化学反应两个过程完成。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，主气流区是层流状态，气体有稳定流速。边界层：主气流区与硅片之间流速受到扰动的气体薄层。边界层厚度δ7.2.1薄膜淀积过程立式反应器中浮力驱动的再循

5、环流7.2.1薄膜淀积过程CVD的设备立式反应器中浮力驱动的再循环流，边界层等同于气体流速趋于零的黏滞层（或称为附面层），而源和气态副产物仍以扩散方式穿越黏滞层。CVD的化学反应条件CVD的表面淀积过程与气相外延不同，淀积工艺没有外延工艺要求严格，CVD淀积使硅生长为多晶硅的原因：衬底温度较外延低，硅原子在表面的迁移慢，未能全部迁移到结点位置上；淀积速率过快，未等硅原子全部迁移到结点位置就被其它硅原子所覆盖，成为薄膜中的硅原子；衬底表面可以不是单晶，如衬底硅片整个表面或部分表面已有氧化层；1969年建立的Grove模型认为控制薄膜淀积的两个步骤：一是气相质量输运过程，二是表面

6、化学反应过程。反应剂到达衬底表面的扩散流密度Jg为：Dg为反应剂气相扩散系数；Cg、Cs为主气流区和衬底表面的反应剂浓度；δ为边界层厚度；hg为气相质量传输系数，hg=Dg/δ。反应剂发生化学反应生成的薄膜物质的原子流密度Js为：ks为化学反应速率常熟；k0为与温度无关的常数；Ea为激活能；k为波尔兹曼常数；T为热力学温度。气体薄膜衬底CgCsJgJsGrove模型7.2.2薄膜淀积速率及影响因素在稳态，两个流密度应相等，由Jg=Js=J，因此：薄膜淀积的速度G表示为：其中，CT为主气流区单位体积中的分子数；Y为反应剂的摩尔百分比，N表示单位体积薄膜中的原子数，多晶硅薄膜的N

7、=5x1022atoms/cm3。淀积速率与反应剂的浓度成正比。反应剂稀释时，淀积速率与反应剂的摩尔百分比成正比。7.2.2薄膜淀积速率及影响因素硅烷的气流速率较低时，多晶硅淀积速率和硅烷气流速率呈线性关系，而反应剂的浓度与气流速率成正比。浓度低时，薄膜淀积速率的表达式与试验相吻合。SiH4→poly-Si+2H2↑7.2.2薄膜淀积速率及影响因素Y一定时，G由hg和ks中较小者决定如果hg>>ks，则Cs≈Cg——表面化学反应速率控制过程，有如果hg<