第章化学气相沉积资料.ppt

* 6. 其他能源增强的反应沉积 激光、火焰燃烧法、热丝法等 ?大大降低沉积温度 例 W(CO)6 ––? W + 6CO 激光束 * LECVD 采用激光来增强化学气相沉积也是常用的一种方法，例如： 通常反应发生在300℃左右衬底表面。采用激光束平行于衬底表面，激光束与衬底表面的距离约1mm，结果处于室温的衬底表面上就会沉积出一层光亮的钨膜。 * CH4 –––? C (碳黑)+ 2H2 800~1000oC 热丝或等离子体 CH4 –––? C (金刚石)+ 2H2 800~1000oC * 其它能源增强的反应沉积 其它各种能源，例如： 火焰燃烧法，或热丝法都可以实现增强沉积反应的目的。 燃烧法主要是增强反应速率。利用外界能源输入能量，有时还可以改变沉积物的品种和晶体结构。 * 4. CVD装置 CVD装置通常由： ?气源控制部件 ?沉积反应室 ?沉积温控部件 ?真空排气和压强控件 * CVD的装置 在等离子增强型或其它能源激活型CVD装置，还需要增加激励能源控制部件。 CVD的沉积反应室内部结构及工作原理变化最大，常常根据不同的反应类型和不同的沉积物要求来专门设计。但大体上还是可以把不同的沉积反应装置粗分为以下一些类型。 * CVD装置类型 1 半导体超纯多晶硅的沉积生产装置 2 常压单晶外延和多晶薄膜沉积装置 3 热壁LPCVD装置 4 等离子体增强CVD装置（PECVD） 5 履带式常压CVD装置 6 模块式多室CVD装置 7 桶罐式CVD反应装置 8 砷化镓(GaAs)生长装置 * 超纯多晶硅的CVD生产装置 * 超纯多晶硅的沉积生产装置 沉积反应室: 钟罩式的常压装置，中间是由三段硅棒搭成的倒u型，从下部接通电源使硅棒保持在1150℃左右，底部中央是一个进气喷口，不断喷人三氯硅烷和氢的混合气，超纯硅就会不断被还原析出沉积在硅棒上; 最后得到很粗的硅锭或硅块用于拉制半导体硅单晶。 * 常压单晶外延和多晶薄膜沉积装置 半导体器件制造时纯度要求极高，所有这些反应器都用高纯石英作反应室容器，用高纯石墨作基底，易于射频感应加热或红外线加热。这些装置最主要用于SiCl4氢还原在单晶硅片衬底上生长的几微米厚的硅外延层; 外延层(epitaxy layer):指与衬底单晶晶格相同排列方式增加了若干晶体排列层。也可以用晶格常数相近的其它衬底材料来生长硅外延层，例如在蓝宝石和尖晶石都可以生长硅的外延层。这样的外延称为异质外延(hetero epitaxy)． * 气体入口 气体出口 感应加热线圈 硅片 倾斜角 CVD装置(卧式) * 硅片 气体入口 气体出口 CVD装置(立式) * 桶式反应器 * 热壁LPCVD装置 热壁LPCVD装置及相应工艺技术的出现，在20世纪70年代末被誉为集成电路制造工艺中的一项重大突破性进展。 与常压法工艺相比较，LPCVD具有三大优点: 1.每次装硅片量从几片或几十片增加到100-200片， 2.薄膜的片内均匀性由厚度偏差10％-20％改进到1％-3％;。 3.成本降低到常压法工艺的1/10左右。 在当时被号称为三个数量级的突破，即三个分别为十倍的改进。这种LPCVD装置一直沿用至今，但是随着硅片直径愈来愈大. 20世纪70年代为3英寸硅片．目前为6-8英寸硅片，12英寸硅片的生产线也在筹划中. * 热壁LPCVD装置示意图 图中的炉体部分目前已旋转90°，变成立式炉装置，工作原理仍然相同。 工艺中的关键因素是必须保证不同位置(即图中炉内的气流前后位置)的衬底上都能得到很均匀厚度的沉积层。 * 等离子体增强CVD (PECVD)装置 通过等离子体增强使CVD技术的沉积温度可以下降几百度．甚至有时可以在室温的衬底上得到CVD薄膜。 以下是几种PECVD装置 * PECVD装置 * 履带式常压CVD装置 适应集成电路的规模化生产，同时利用硅烷，磷烷和氧在400摄氏度时会很快反应生成磷硅玻璃。 这一装置也可以用于低温氧化硅薄膜等。 * 模块式多室CVD装置 制造集成电路的硅片往往需要沉积多层薄膜； 例如: 沉积Si3N4和SiO2两层膜， 或沉积TiN和金属钨薄膜。 * 桶罐式CVD装置 对于硬质合金刀具的表面涂层常采用这一类装置。 优点：与合金刀具衬底的形状关系不大，各类刀具都可以同时沉积，而且容器很大，一次就可以装上千件的数量。 * GaAs外延生长装置 从上面一些装置中可以看出CVD装置是多种多样的，往往根据反应，工艺和产物的具体要求而变化。 例:砷化镓的CVD外延生长装置必须根据实际反应中既有气体源又有固体源的情况专门设计。 AsCl