微细加工与MEMS技术张庆中13CV

《微细加工与MEMS技术张庆中13CV》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第13章化学汽相淀积在蒸发和溅射这些物理淀积方法中，粒子几乎直线运动，存在台阶覆盖问题。随着集成电路尺寸的不断缩小和纵横比的提高，使台阶覆盖问题更为突出。此外，蒸发和溅射主要用于金属薄膜的淀积，不太适用于半导体薄膜和绝缘薄膜的淀积。反应室反应气体输入SiH4(1%浓度)能量Si化学汽相淀积（ChemicalVaporDeposition，CVD）是基于化学反应的薄膜淀积方法。以气体形式提供的反应物质，在热能、等离子体、紫外光等的作用下，在衬底表面经化学反应（分解或合成）形成固体物质的淀积。废气排

2、出2H2集成电路制造中所用的薄膜材料，包括介质膜、半导体膜、导体膜等，几乎都能用CVD工艺来淀积，例如介质：SiO2、Si3N4、PSG、BSG、Al2O3、TiO2、Fe2O3半导体：Si、Ge、GaAs、GaP、AlN、InAs、多晶硅导体：Al、Ni、Au、Pt、Ti、W、Mo、WSi2CVD工艺的台阶覆盖性也很好。CVD的分类1、按温度，有低温(200~500oC)、中温(500~1000oC)和高温(1000~1300oC)CVD。2、按压力，有常压(APCVD)和低压(LPCVD)C

3、VD。3、按反应室壁温度，有热壁CVD和冷壁CVD。热壁是指壁温高于晶片温度，通常是在反应室外采用电阻发热方式透过室壁对晶片进行加热。冷壁是指壁温低于晶片温度，可采用射频感应或电阻发热方式在反应室内对基座进行加热。4、按反应激活方式，有热激活、等离子激活(PECVD)和紫外光激活等。5、按气流方向，有卧式CVD和立式CVD。13.1一种简单的硅淀积CVD系统如果反应是在硅片上方的气体中发生的，称为同质反应。如果反应是在硅片表面处发生的，则称为异质反应。在淀积多晶硅薄膜的CVD系统中，硅烷（SiH

4、4）先通过同质反应产生气态的亚甲硅基（SiH2），然后亚甲硅基被吸附在硅片表面，通过异质反应而生成固体硅。一般不希望由同质反应直接生成固体硅。反应室反应气体输入SiH4(1%浓度)加热Si废气排出2H213.3气体流动和边界层从硅片表面气体流速v=0处到硅片上方v=0.99v0处之间的这一层气体层称为边界层，或滞流层。主气流，v0反应气体基座滞流层xyL滞流层厚度将随气流方向的距离x而变化，滞流层在长度为L的基座上的平均厚度为式中，为气体的粘滞系数，为气体的质量密度。13.4简单CVD系统评价化

5、学汽相淀积过程1、反应气体从反应室入口向硅片附近输运；2、反应气体通过同质反应生成系列次生分子；3、次生分子扩散穿过滞流层到达硅片表面并被吸附；4、在硅片表面发生异质反应生成固体薄膜；5、气体副产物解吸附；6、副产物离开硅片表面；7、副产物离开反应室。CVD过程中与淀积速率有关的两个关键步骤是：式中，，称为气相质量转移系数，a=1.75~2。2、在硅片表面处发生反应，生成薄膜。消耗掉的反应剂的粒子流密度为式中，，称为表面反应速率常数。1、反应气体以扩散方式穿过滞流层到达硅片表面，并被吸附于硅片表

6、面。这称为质量输运过程。扩散流密度为将以上各方程联立求解，可得稳态时，J1=J2=J，且淀积速率正比于J。式中，当温度较高时，hg<>ks，J=ksCg，淀积速率由ks决定。由于ks与温度密切有关，所以这时淀积速率与温度的关系很密切，必须严格控制温度及其均匀性，常采用热壁系统。这

7、时淀积速率与气流的关系不大，可设计成大批量系统。此外，Dg和与气压有关，所以在不同的气压范围，hg和ks的相对大小也不同。除了淀积速率以外，评价CVD系统的指标还有薄膜应力、台阶覆盖和薄膜的组分等。CVD薄膜的台阶覆盖性通常是很好的。CVD薄膜的主要问题是薄膜的化学组分。例如，在硅烷分解工艺形成的硅薄膜中可能含有高浓度的氢，使薄膜的密度降低。反应室中残存的氧和水可能与硅反应形成SiO2。用CVD法生长的SiO2膜中也可能含有其它化学成分而使薄膜的密度降低，通常需要在高温下氧气中进行“增密”处理。

8、反应室是开放的，分为卧式和立式两种，以卧式更常用。在APCVD的压力和温度范围内hg和ks处于同一数量级，必须考虑气流的影响，所以硅片应水平放置。为避免反应剂在反应室壁上淀积并产生掉渣，APCVD通常采用冷壁方式。APCVD中影响膜厚均匀性的因素：(1)的不均匀，(2)反应剂浓度由前至后的下降。改进方法是将基座设计成斜坡状，或采用LPCVD技术。气流13.5常压CVD(1)SiH4+O2系统，T=300~400oCSiH4+2O2SiO2+2H2O(3)TEOS+O2系统，T=500~700oC