第6章CVD化学气相淀积ppt课件.ppt

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1、化学气相淀积定义：指使一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。其英文原名为“ChemicalVapourDeposition”，简称为“CVD”。本章主要内容：CVD薄膜的动力学模型、常用系统及制备常用薄膜的工艺。第六章化学气相淀积2021/8/41（1）CVD成膜温度远低于体材料的熔点或软点。因此减轻了衬底片的热形变，减少了玷污，抑制了缺陷生成;设备简单，重复性好；（2）薄膜的成分精确可控、配比范围大；（3）淀积速率一般高于PVD；厚度范围广，由几百埃至数毫米。且能大量生产；（4）淀积膜结构完整、致密，与

2、衬底粘附性好。CVD工艺特点：2021/8/426.1CVD模型6.1.1CVD的基本过程图6.11.主要步骤反应剂气体→反应室内（主气流区）→通过边界层到达衬底表面（扩散方式）→成为吸附原子→在衬底表面发生化学反应，淀积成薄膜。2.满足条件在淀积温度下，反应剂必须具备足够高蒸汽压。除淀积物外，反应的其他产物必须是挥发性的。淀积物具有足够低的蒸汽压。薄膜淀积所用时间尽量短。淀积温度足够低化学反应的气态副产物不能进入薄膜中。化学反应发生在被加热的衬底表面。2021/8/433.CVD的激活能来源：热能、光能、等离子体、激光等。6.1.2边界层理论2021/8/44边

3、界层1.定义：指速度受到扰动并按抛物线型变化、同时还存在反应剂浓度梯度的薄层。也称为附面层、滞流层等。2.厚度δ(x)：从速度为零的硅片表面到气流速度为0.99Um时的区域厚度。3.形成机制：图6.3所示定义从气流遇到平板边界时为坐标原点，则有δ(x)=（μx/ρU）1/2μ-气体的黏滞系数。ρ-气体的密度2021/8/45边界层的平均厚度Re—气体的雷诺数，表示流体运动中惯性效应与黏滞效应的比。无量纲数。Re﹤2000，气流为平流型—反应室中沿各表面附近的气体流速足够慢。Re﹥2000，为湍流。2021/8/466.1.3Grove模型CVD过程主要受两步工艺过

4、程控制：①气相输运过程；②表面化学反应过程。Grove模型认为控制薄膜淀积速率的两个重要环节：①反应剂在边界层的输运过程；②反应剂在衬底表面上的化学反应过程。Grove模型的基本原理图6.42021/8/47薄膜淀积过程存在两种极限情况：①hg﹥﹥ks，Cs趋向于Cg，淀积速率受表面化学反应速率控制。反应剂数量：主气流输运到硅片表面的﹥表面化学反应所需要的②hg﹤﹤ks，Cs趋于0，淀积速率受质量输运速率控制。反应剂数量：表面化学反应所需要的﹥主气流输运到硅片表面的2021/8/48结论：图6.51.淀积速率与下面两个量中的一个成正比：①反应剂的浓度Cg；（没有使

5、用稀释气体时适用）②在气相反应中反应剂的摩尔百分比Y。（使用稀释气体）低浓度区域，薄膜生长速率随Cg增加而加快。2.在Cg或Y为常数时，薄膜淀积速率由hg和ks中较小的一个决定。hg﹥﹥ksG=（CTksY）/N1hg﹤﹤ksG=（CThgY）/N12021/8/49淀积速率与几个参数的关系：1.淀积速率与温度的关系如图6.6①低温情况下，表面化学反应速率控制由ks=k0e-EA/Kt淀积速率对温度的变化非常敏感。随温度的升高而成指数增加。②高温情况下，质量输运控制hg依赖于气相参数，如气体流速和气体成份等。其输运过程通过气相扩散完成。扩散速度正比于扩散系数Dg及

6、边界层内浓度梯度，Dg∝T1.5~2.0淀积速率Dg基本不随温度变化而变化。2021/8/4102.淀积速率与气流速率的关系如图6.7条件：质量输运速率控制根据菲克第一定律和式6.5推导，得到气流速率﹤1.0L/min，淀积速率与主气流速度Um的平方根成正比。↑气流速率，可以↑淀积速率。气流速率持续↑，淀积速率达到一个极大值，与气流速率无关。气流速率大到一定程度，淀积速率转受表面化学反应速率控制，且与温度遵循指数关系。2021/8/411总结Grove模型是一个简化的模型：忽略了1.反应产物的流速；2.温度梯度对气相物质输运的影响；认为3.反应速度线性依赖于

7、表面浓度。但成功预测了：薄膜淀积过程中的两个区域（物质输运速率限制区域和表面反应控制限制区域），同时也提供了从淀积速率数据中对hg和ks值的有效估计。思考：为什么在LPCVD反应系统中，硅片可紧密排列？2021/8/4126.2化学气相淀积系统①气态源或液态源②气体输入管道③气体流量控制④反应室⑤基座加热及控制系统⑥温度控制及测量系统2021/8/4136.2.1CVD的气体源1.气态源：已被取代。2.液态源：更安全（但氯化物除外）输送方式：冒泡法，加热液态源，液态源直接注入法冒泡法：通过控制携带气体的流速和源瓶的温度，间接达到控制进入到反应室的反应剂浓度。存在问

8、题：较难控