chap6化学气相沉淀.ppt

6.1 CVD模型 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 “Chemical Vapour Deposition”，简称为 “CVD”。 即把含有构成薄膜元素的气态反应剂或者液态反应剂的蒸气，以合理的流速引入反应室，在衬底表面发生化学反应并在衬底表面上淀积薄膜。 在ULSI的制造工艺中，淀积的薄膜必须具有以下特性（1）厚度均匀；（2）高纯度以及高密度；（3）可控制组分及组分的比例；（4）薄膜结构的高度完整性；（5）良好的电学特性；（6）良好的附着性；（7）台阶覆盖好；（8）低缺陷密度。 （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）薄膜的成分和厚度精确可控、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、配比范围大； 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（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，与衬底粘附性好。 1.CVD的基本过程 包括5个步骤： 满足7个条件：反应物足够高的蒸气压（空气中充满源），淀积物足够低的蒸气压（不能蒸发），除淀积物质外,反应产物必须是挥发性的。 2.边界层理论 边界层概念：靠近硅片表面附近的气流速度受到扰动并按抛物线型变化即在垂直气流方向存在速度梯度，同时还存在反应剂浓度梯度的薄层。 3.Grove模型 控制薄膜淀积速率的两个环节（1）气相输运过程，即反应剂在边界层中的输运过程；（2）表面化学反应过程，即反应剂在衬底表面上的化学反应过程。 一个结论：对于一个确定的表面反应，在较低温度下，淀积速率为表面化学反应控制，而且表面化学反应速率随温度的升高而成指数增加；当温度升高到一定程度，即高温情况下，淀积速率转为由质量输运控制，反应速率基本不再随温度变化而变化。 四、化学淀积方法: 1.常压化学气相淀积APCVD Atmospheric Pressure CVD 2. 低压化学气相淀积LPCVD Low Pressure CVD 3.等离子化学气相淀积PCVD（即等离子体增强化学气相淀积PECVD） Plasma Enhanced CVD 第一种质量输运控制，后两种表面反应控制。 了解各自特点，原理，优缺点。 APCVD、LPCVD、PECVD系统特性 APCVD系统特性：是在大气压下进行的淀积系统，操作简单，并较高淀积速率进行淀积，特别适合于介质薄膜的淀积。但容易发气相反应，产生微粒污染，其台阶覆盖性和均匀性比较差。 LPCVD系统特性：均匀性和台阶覆盖性比APCVD好，污染少，在不使用稀释气体的情况下，只通过降压就可以降低气象成核。低温淀积过程,淀积速率快,生产效率高,生产成本低, LPCVD的淀积速率受表面反应控制。 PECVD系统特性：低温淀积是PECVD的一个突出优点，PECVD淀积的薄膜具有良好的附着性、低针孔读、良好的阶梯覆盖、良好的电学特性、可以与精细图形转移工艺兼容。淀积的薄膜有良好的均匀性以及填充小尺寸的结构能力。另外，PECVD方法是典型的表面反应速率控制型。 1.常压化学气相淀积 特点:用于SiO2的淀积 PWS－5000： SiH4+O2=Si O2 +H2 O ?100mm：10片，?125mm:8片 Time:15min Temp:380~450℃?6℃ 厚度均匀： ?5％ 2.低压化学气相淀积 应用情况 多晶硅：SiH4/Ar(He) 620℃ Si3N4: SiH2Cl2 +NH3 750~800℃ PSG: SiH4 +PH3 +O2 450℃ BSG: B2H6 +O2 450℃ SiO2: SiH2Cl2 +NO2 910℃ 气缺现象： 特点：低淀积速率，相对高的工作温度 3.等离子体化学气相淀积PCVD 或PECVD：Plasma-enhanced CVD 叙述其他策略 列出每项的优势和劣势 叙述每项所需的消耗 特点：低温淀积 温度低 200~350℃，适用于布线隔离 Si3N4: SiH2Cl2 +NH3 PSG: SiH4 +PH3 +O2 6.3 CVD多晶硅的特性和淀积方法 多晶硅薄膜的特点和用途：