微电子工艺基础化学气相淀积课件.ppt

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1、第6章化学气相淀积工艺工艺1第6章化学气相淀积工艺本章（4学时）目标：1、化学气相淀积的分类2、熟悉常见的化学气相淀积形成的绝缘材料3、Si3N4薄膜的作用和淀积机理4、多晶硅薄膜的作用和淀积机理0、教材p241-p255，p261-p265一、化学气相淀积概述二、化学气相淀积方法及设备三、典型物质淀积介绍第6章化学气相淀积工艺6.1CVD模型化学气相沉积的主要步骤：(1)反应剂气体(或被惰性气体稀释的反应剂)以合理的流速被输送到反应室内，气流从入口进入反应室并以平流形式向出口流动，平流区也称为主气流区，其气体流速是不变的，如上图所示。(2)反应剂从

2、主气流区以扩散方式通过边界层到达衬底表面，边界层是主气流区与硅片表面之间气流速度受到扰动的气体薄层。(3)反应剂被吸附在硅片的表面，成为吸附原子(分子)。(4)吸附原子(分子)在衬底表面发生化学反应，生成薄膜的基本元素并淀积成薄膜。(5)化学反应的气态副产物和未反应的反应剂离开衬底表面，进入主气流区被排出系统。6.1.1CVD的基本过程4(1)在淀积温度下，反应剂必须具备足够高的蒸气压。(2)除淀积物外，反应的其他产物必须是挥发性的。(3)淀积物本身必须具有足够低的蒸气压，这样才能保证在整个淀积过程中，薄膜能够始终留在衬底表面上。(4)薄膜淀积所用的

3、时间应该尽量短以满足高效率和低成本的要求。(5)淀积温度必须足够低以避免对先前工艺产生影响。(6)化学反应的气态副产物不能进入薄膜中。（尽管在一些情况下是不可避免的）(7)化学反应应该发生在被加热的衬底表面，如果在气相中发生化学反应，将导致过早核化，降低薄膜的附着性和密度、增加薄膜的缺陷、降低沉积速率、浪费反应气体等。CVD的化学反应必须满足的条件：56.2、化学气相沉积系统CVD系统通常包含如下子系统：①气态源或液态源；②气体输入管道；③气体流量控制系统；④反应室；⑤基座加热及控制系统(有些系统的反应激活能通过其他方法引入)；⑥温度控制及测量系统等

4、。LPCVD和PECVD系统还包含减压系统。66.2.1CVD的气体源在CVD过程中，可以用气态源也可以用液态源。目前气态源正在被液态源所取代：相对于有毒、易燃、腐蚀性强的气体，液态源会更安全一些；液体的气压比气体的气压要小的多，因此在泄漏事故当中，液体产生致命的危险比较小；除了安全考虑之外，许多薄膜采用液体源淀积时有较好的特性。液态源的输送，一般是通过下面几种方式实现的：①冒泡法；②加热液态源；③液态源直接注入法。7液态源的普遍输送方式是冒泡法。携带气体(氮气、氢气、氩气)通过温度被准确控制的液态源，冒泡后将反应剂携带到反应室中。携带反应剂的气体流

5、量由流量计精确控制，所携带反应剂的数量是由液态源的温度及携带气体的流速等因素决定。冒泡法：冒泡法的缺点：如果反应剂的饱和蒸汽压对温度的变化比较敏感，就会给反应剂浓度的控制带来困难；如果在很低气压下输送反应剂，在液态源和反应室之间，反应剂容易凝聚，所以运输管道必须加热。8当前已有几种改进方法：直接气化系统：加热反应源，将因受热而气化的反应剂，由质量流量控制系统控制，通过被加热的气体管道直接输送到反应室。液态源直接注入法：保存在室温下的液态源，使用时先注入到气化室中，在气化室中气化后直接输送到反应室中。96.2.4CVD系统的分类目前常用的CVD系统有：

6、常压化学气相淀积APCVD、低压化学气相淀积LPCVD、等离子增强化学气相淀积PECVD等。一、APCVD系统最早使用的CVD系统，用来淀积氧化层和生长硅外延层。APCVD是在大气压下进行淀积的系统，操作简单，淀积速率高，适于较厚的介质薄膜的淀积。但APCVD易于发生气相反应，产生微粒污染，台阶覆盖性和均匀性比较差。APCVD一般是由质量输运控制淀积速率，因此精确控制单位时间内到达每个硅片表面及同一表面不同位置的反应剂数量，对所淀积薄膜的均匀性起着重要的作用。这就给反应室结构和气流模式提出更高的要求。10反应管是水平的石英管，硅片平放在一个固定的倾斜

7、基座上。反应激活能是由缠绕在反应管外侧的热电阻丝提供的辐射热能，或者是射频电源通过绕在反应管外面的射频线圈加热基座供给的热能，这样系统可以淀积不同的薄膜。1.水平式反应系统11放在受热移动盘上或者传输带上的硅片连续通过非淀积区和淀积区，淀积区和外围的非淀积区是通过流动的惰性气体实现隔离的。连续工作的淀积区始终保持稳定的状态，反应气体从硅片上方的喷头持续稳定地喷入到淀积区，同时硅片不断地被送入、导出淀积区。这是目前用来淀积低温二氧化硅薄膜的最常用的CVD系统。2.连续淀积的APCVD系统123.新型可连续淀积CVD系统作为屏蔽气体的氮气和反应剂同时从冷

8、却的喷嘴中注入到反应室，反应气体的混合发生在离硅片表面几毫米的空间内，因而减少了气相反应。氮气气流是从反应气