微电子工艺(3)----化学气相淀积.ppt

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1、第6章化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition)微电子工艺—薄膜技术(2)第6章化学气相淀积(CVD)6.1CVD模型6.2CVD淀积系统6.3多晶硅薄膜6.4二氧化硅薄膜6.5氮化硅薄膜6.6金属及硅化物薄膜6.7薄膜的检测2第6章CVD6.1CVD模型化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition,CVD)是通过气态物质的化学反应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。3第6章CVD6.1.1CVD过程(1)反应剂被携带气体引入反应器后，在衬底表面附

2、近形成“滞留层”，然后，在主气流中的反应剂越过边界层扩散到硅片表面(2)反应剂被吸附在硅片表面，并进行化学反应（3)化学反应生成的固态物质，即所需要的淀积物，在硅片表面成核、生长成薄膜(4)反应后的气相副产物，离开衬底表面，扩散回边界层，并随输运气体排出反应室4第6章CVDCVD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

3、物进入薄膜（7）化学反应必须在被加热的衬底表面6.1.2边界层理论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。当气流流过静止固体表面时，固体表面与气流间存在摩擦力，使紧贴表面或者侧壁气流速度为零。管型反应室气流速度在径向是抛物线形，称泊松流。6第6章CVD边界层（附面层，滞流层）边界层厚度雷诺数Re<2000为层流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F1是反应剂分子的粒子流密度F2代表

4、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CgCsF1F2Grove模型U6.1.3Grove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F1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

5、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<>hgG=CThgY/N1ks<

6、章CVDGrove模型的指导作用和局限质量输运控制CVD中，反应剂浓度的均匀性很重要；对温度的控制不必很严格。表面化学反应控制CVD中，温度均匀性很重要；对反应剂浓度控制不必很严格。在反应剂浓度较低时Grove模型和实测结果吻合得较好，浓度较高则不然。忽略了反应产物的解吸、流速影响忽略了温度梯度对气相物质输运的影响15第6章CVD6.2CVD淀积系统常压化学气相淀积（APCVD,Atmosphericpressurechemicalvapordeposition）低压化学气相淀积（LPCVD,Lowpressurechemicalvapordeposition

7、）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16第6章CVD6.2.1CVD淀积系统设备CVD源气体输入管道及气体流量控制系统反应室及反应激活装置（基

8、座加热或其它引入反应激活能）温度控制系