第七章(化学汽相沉积技术)

《第七章(化学汽相沉积技术)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第七章：薄膜制备技术——化学汽相沉积法Chapter7:ThinFilmDepositionTechniques——ChemicalVaporDeposition(CVD)PVDvs.CVD•CVD:Chemicalreactiononthesurface•PVD:NochemicalreactiononthesurfacePVDCVDPoorstepcoverage(15%)Betterstepcoverageandgapfillcapability(50~100%)higherquality,purerhasimpurityinthefilmdepositedfilmhighe

2、rconductivitylowerconductivityeasytodepositalloyseasytodepositdielectricsChemicalVaporDeposition(CVD化学气相沉积)•对于一种或数种物质的气体，以某种方式激活后（如高温、等离子化、光），在衬底表面发生化学反应，并沉积出所需固体薄膜的生长技术。•与物理气相沉积不同的是沉积粒子来源于化合物的气相分解或反应。•一般用于介质层和半导体层薄膜制备。CVD的在集成电路制造中的重要性CVD的特点(1)可以在大气压下(常压APCVD)或低于大气压(LPCVD)下进行沉积；(2)采用等离子或激光辅助技术

3、可促进化学反应，使沉积温度降低；减轻衬底热形变，并抑制缺陷的生成；(3)可控制材料的化学计量比，从而获得梯度沉积物或混合镀层；厚度可控性好，厚度与反应时间成正比。沉积速率高于PVD。(4)沉积薄膜与衬底附着力好，台阶覆盖性好；(5)绕镀性好，可以在复杂形状表面镀膜；(6)可以形成多种金属、合金、陶瓷、和化合物薄膜。CVD技术可以制备的材料介电材料：SiO,SiN,SiON,PSG,BSG234xy(BSG:Boron-dopedSiO,硼硅玻璃;PSG:phosphosilicateglass(PSG),磷硅玻璃)2低介电材料:掺碳SiO,氟化非晶碳2高介电材料：TaO,BST(B

4、aSrTiO)230.50.53导电材料:Polysilicon,WSi,W,TiN/Ti,CuxCVD过程六种基本化学反应(一)化学键断裂分解：高温、光、微波、电弧辅助例子：多晶硅薄膜的制备：SiH(气态)---Si(固态)+2H(气态)42碳化硅膜的制备：CHSiCl(气态)---SiC(固态)+3HCl(气态)33还原反应：反应物分子与H发生反应2例子：多晶硅薄膜的制备：SiCl(气态)+2H---Si(固态)+4HCl(气态)42金属钨薄膜的制备：WF(气态)+3H---W(固态)+6HF(气态)62氧化反应：反应物分子与O发生反应2例子：SiO薄膜的制备：SiH(气态)+

5、NO(O)(气态)---SiO(固态)+H+N2422222CVD过程六种基本化学反应(二)氮化反应：反应物分子与N或NH发生反应23例子：氮化硅薄膜制备：3SiH+4NH(N)(气态)---SiN(固态)+12H(气态)432342置换反应例子：TiC薄膜的制备：TiCl(气态)+CH(气态)---TiC(固态)+4HCl(气态)44复合反应例子：TiN薄膜的制备：2TiCl(气态)+4H(气态)+N(气态)422---2TiN(固态)+8HCl(气态)CVD反应过程的8个步骤(1)反应气体导入系统；(2)薄膜先驱物反应；(3)反应气体由扩散和整体流动(粘质流动)穿过边界层；(4

6、)气体在基底表面的吸附；(5吸附物之间或吸附物与气态物质之间的化学反应；(6)吸附物从基底解吸；(7)生成气体从边界层到整体气体的扩散和整体流动；(8)气体从系统中排出。CVD反应过程的8个步骤p247CVD传输和反应步骤图薄膜先驱物反应（举例）SiH(g)->SiH(g)+H(g)(高温分解)422SiH(g)+SiH(g)->SiH(g)(反应半成品)4226SiH(g)->2Si(s)+3H(g)(最终产物)262SiH(g)->Si(s)+H(g)(最终产物)22CVD反应过程•分子被吸附在硅片表面后发生化学反应，形成硅原子并释放出H，反应关系式：2吸附过程：表面总反应：•

7、吸附在硅表面的H被解吸附，留2下空位，使反应继续进行。•被吸附的SiH在硅片表面扩散，2直到找到空位成键。•表面扩散长度长，沉积均匀；表面扩散长度短，沉积不均匀。•温度上升，扩散长度提高，均匀性提高。薄膜沉积速率限制阶段(1)反应气体导入系统；质量传输限(2)薄膜先驱物反应；制沉积阶段(3)反应气体由扩散和整体流动(粘质流动)穿过边界层；(4)气体在基底表面的吸附；反应速度限(5)吸附物之间或吸附物与气态物质之间的化学反应制沉积阶段(6)吸附物从基底解吸；(7)生成气