《化学气相淀积》PPT课件

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1、第六章化学气相淀积本章主要内容CVD模型化学气相淀积系统CVD多晶硅的特性和淀积方法CVD二氧化硅的特性和淀积方法CVD氮化硅的特性及淀积方法金属的化学气相淀积化学气相淀积定义化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition)简称CVD，是通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程。特点具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点。常用的CVD系统常压CVD(APCVD)、低压CVD(LPCVD)、等离子CVD(PECVD)。ChemicalVaporDepositionTheEssentialAspectsof

2、CVD1.Chemicalactionisinvolved,eitherthroughchemicalreactionorbythermaldecomposition(referredtoaspyrolysis).2.Allmaterialforthethinfilmissuppliedbyanexternalsource.3.ThereactantsinaCVDprocessmuststartoutinthevaporphase(asagas).高温分解分解CVDChemicalProcesses1.Pyrolysis:acompounddissociates(breaksbonds,ord

3、ecomposes)withtheapplicationofheat,usuallywithoutoxygen.2.Photolysis:acompounddissociateswiththeapplicationofradiantenergythatbreaksbonds.3.Reduction:achemicalreactionoccursbyreactingamoleculewithhydrogen.4.Oxidation:achemicalreactionofanatomormoleculewithoxygen.5.Reduction-oxidation(redox):acombina

4、tionofreactions3and4withtheformationoftwonewcompounds.离解氧气高温分解光分解氢还原氧化还原StagesofFilmGrowthContinuousfilmGasmoleculesNucleationCoalescenceSubstrateFigure11.7成核聚合参加反应的气体混合物被输运到淀积区；反应物分子由主气流扩散到衬底表面；反应物分子吸附在衬底表面上；发生反应，主生成物扩散进入晶体点阵；副产物分子从衬底表面解吸，由衬底外扩散到主气流，排出。化学气相淀积的基本过程化学气相淀积要完成薄膜淀积，CVD的化学反应必须满足以下几个条件：在淀

5、积温度下，反应剂必须具备足够高的蒸汽压；除淀积物外，反应的其他产物必须是挥发性的；淀积物本身必须具有足够低的蒸汽压；薄膜淀积所用的时间应该尽量短，以满足高效率和低成本的要求；淀积温度必须足够低，以避免对先前工艺产生影响；CVD不允许化学反应的气态副产品进入薄膜中；化学反应应该发生在衬底表面。边界层理论在CVD反应室中，由于其内的气体分子的平均自由程远小于反应室的几何尺寸，可以认为气体是黏滞性流动的。泊松流如果假设沿主气流方向没有速度梯度，而沿垂直气流方向的流速为抛物线型变化，这就是泊松流（如下页图所示）。边界层如果假设沿主气流方向没有速度梯度，而沿垂直气流方向的流速为抛物线型变化，同时还存在反

6、应剂浓度梯度的薄层被称为边界层，也称为附面层、滞留层。边界层理论边界层理论边界层是一个过渡区域，存在于气流速度为零的硅片表面与气流速度为Um的主气流区之间。该层厚度定义为速度为零的硅片表面到气流速度为0.99Um时的区域厚度。如果定义从气流遇到平板边界时为坐标原点，在边界层厚度与距离x之间的关系为：边界层厚度式中，μ是气体的黏滞系数，ρ为气体密度。边界层理论上式中，Re为气体的雷诺系数，是流体力学中的一个无量纲数，它表示流体运动中惯性效应与黏滞效应的比。对于较低的Re值（小于2000），气体为平流型；即在反应室中沿各表面附近的气体流速足够慢；对于较大的Re值，气流的形式为湍流。边界层的平均厚度

7、Grove模型CG:反应剂在主气流中的浓度CS:反应剂在硅表面的浓度F1=从主气流到衬底表面的反应剂流密度(流密度是指单位时间内流过单位面积的粒子数)F2=反应剂在表面反应后淀积成固态薄膜的流密度Grove模型：控制薄膜淀积速率有两个重要的环节反应剂在边界层中的输运过程；反应剂在衬底表面上的化学反应过程。Grove模型δSy0δS:质量附面层厚度--气相质量传输系数,表示单位时间内由气相传输到单位