化学气相淀积课件.ppt

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1、第六章化学气相淀积(CVD)引言：在集成电路的制造中，还需要制作特殊要求的薄膜，例如：多晶硅(Poly-Si)用于硅栅CMOS电路作为MOS管的栅电极，由于它可实现自对准以及作为栅极连线而被受注意。低温淀积SiO2，用于钝化器件表面免受物理及化学损伤。低温淀积Si3N4，用于MOS电容器的绝缘层，既很致密又很薄。同时Si3N4的介电常数比SiO2的大(εSi3N4=6.5～7.0,εSiO2=3.9)，因此同样面积的电容，用Si3N4作介质层的电容值几乎大一倍。为了获得低温下淀积生成的Poly-Si,SiO2,Si3N4等薄膜必须引入化学气相淀积(Chemica

2、lVaporDeposition)简称CVD。CVD方法是指在集成电路制作工艺中制备薄膜的一种方法，这种方法是把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸汽以合理的流速引入反应室，在较低的温度(≤700℃)下，在硅片表面发生化学反应并将生成物淀积在硅片表面形成薄膜的方法。例如：Poly-Si，CVD反应为：PVDvs.CVDCVD：衬底表面发生化学反应PVD：衬底不表面发生化学反应CVD:Betterstepcoverage(50%to~100%)andgapfillcapabilityPVD:Poorstepcoverage(~15%)andgapfillc

3、apabilityPVDsources:SolidmaterialsCVDsources:Gasesorvapors☼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.CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等CVD技术特点：CVD应用CVD系统常压CVD-APCVD(AtmosphericPressureChemicalVaporDeposition)低压CVD-LPCVD(LowPressureChemicalVaporDe

4、position)等离子增强CVD-PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)6.1CVD模型6.1.1CVD的基本过程图6.1绘出了CVD反应室中气体流动及淀积过程的说明：气流硅片石英舟扩散炉加热丝边界层气流出口主气流层平流层CVD过程如下：①反应剂气体(或被惰性气体稀释的反应剂气体)送入反应室，在反应室内气体以平流形式向出口流动，主气流区也称平流层。②进入反应室内的部分反应剂，从主气流区向外扩散，通过硅片上方的边界层到达硅片表面，边界层是指在硅片表面附近，气流速度减小的气体薄层，也称滞流层。③到达硅片表面的反应剂

5、被硅片表面吸附，成为吸附原子(或分子)，同时在硅片表面发生化学反应生成薄膜。④化学反应的气态副产物及未反应的反应剂离开硅片表面，随主气流排出。6.1.2边界层或滞流层理论(a)泊松流（PoissonFlow)理论由于气体本身的粘滞性，当气流流过一个静止的固体表面时，那么固体表面和气流之间就存在摩擦力。摩擦力使紧贴固体表面的气流速度明显下降，甚至降为零，而在离开固体表面一定距离处，气流速度达到最大气流速度，即主气流速度。如果气体是在管道中流动，那么沿垂直气流方向上的流速呈现抛物线型变化。进气管道出气X(b)边界层或滞流层理论滞流层是指在气流速度为零的硅片表面与气流

6、最大速度Um之间的一个过渡区域的薄层。滞流层的厚度δ(x)定义为从速度为零的硅片表面到0.99Um时的区域厚度。x为距管道口的距离。事实上，x越大，滞流层越厚。滞流层厚度δ(x)与x关系如下：δ(x)=(μx/ρU)1/2(6.1)式中δ(x)为距管道入口处距离为x的滞流层厚度。μ为气体的粘滞系数，ρ为气体的密度。U=0.99Um，Um为主气流最大速度。6.1.3格劳夫(Grove)模型，影响CVD淀积速率的因素1966年，Grove为了推导CVD淀积速率表达式，解释CVD中的现象提出了Grove模型。即现在仍在使用的两步过程型。Grove模型认为CVD薄膜淀积

7、速率主要由两步过程所控制，其一是反应剂气体向滞流层输运过程，其二是反应剂在硅片表面上的化学反应过程。前一过程，可用气相质量输运系数hg来表示，hg与气体流速，气体成分等气相参数有关。后一过程可用表面反应速率常数ks表示，ks描述了表面化学反应的动力机制。6.2CVD设备6.2.1APCVD(常压CVD)图6.3给出了新型可连续APCVD淀积设备的示意图：传送带热板硅片热板保护性气体排出反应剂保护性气体图6.3反应剂喷嘴距硅片表面仅几毫米，反应物被立即排除，而保护性气体（一般为高纯氧）形成正压力，阻止了外界气体混入，保护了硅片表面。6.2.2LPCVD(低压CVD

8、)图6.4给出了立式LP