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第五章 硅的气相外延生长 §4.1 真空基础 §4.1 真空基础 CVD 机理 Grove模型 §4.2 硅的气相外延生长 气流速度对生长速率的影响 Gr V01/2 质量输运限制 表面反应限制 §4.2 硅的气相外延生长 Eversteyn 模型 F.C. Eversteyn et al. Journal of Electrochemical Society. 1970,117(7):925-931 §4.2 硅的气相外延生长 轴向生长速率（基片法线方向与气体流动方向垂直） 稳态解为： 浓度的变化率： 质量流扩散（生长质量等于质量流的变化） §4.2 硅的气相外延生长 非扩散限制近似（vbDδ）： 沉积流： － 沉积流随距离增长指数下降。 － 轴向生长速率很不均匀； － 可以倾斜基片提高轴向生长速率的均匀性。 §4.2 硅的气相外延生长 径向生长速率（基片法线方向与气体流动方向平行） 稳态扩散方程： 小间距近似： 生长速率： 其中，k为表面反应速率，I0为零阶Bessel函数。 §4.2 硅的气相外延生长 LPCVD特点 （1）由于hG大，因此生长速率较高； （2）台阶覆盖较好； （3）片内和片间薄膜厚度均匀性好； （4）扩散层厚度与气流模式有关； （5）存在质量耗尽现象。 * * §5.1 真空基础 §5.2 硅的气相外延生长 真空：低于1个大气压的气体空间。 粗真空：1×105～1×102Pa 低真空：1×102～1×10-1Pa (滞流状态向分子状态过渡，分子平均自由程与容器相当，对流现象消失) 高真空：1×10-1～1×10-6Pa 超高真空：1×10-6Pa 1. 单位 － 1 Pa＝1 N/m2 － 1标准大气压＝1.013×105Pa － 1 bar = 105Pa － 1 torr= 1 mm Hg = 133.3 Pa － 1 PSI = 6895 Pa － 1 dyne/cm2 ＝0.1 Pa 2. 理想气体状态方程: PV = NkT － 玻尔兹曼常数k=1.38E-23 J/mol － N：气体分子数 － T：绝对温度 / K §4.1 真空基础 3. Dalton分压定律 在任何容器内的气体混合物中，如果各组分之间不发生化学反应，则某一气体在气体混合物中产生的分压等于它单独占有整个容器时所产生的压力；而气体混合物的总压强等于其中各气体分压之和. Ptotal=P1+P2+…+PN Ntotal=N1+N2+…+NN P1V=N1kT P2V=N2KT …… PNV=NNkT 分子速率服从Maxwell-Boltzman 速率分布，则平均速率 §4.1 真空基础 4. 分子平均速率 §4.1 真空基础 5. 分子平均自由程 － 分子密度：n=N/V； － 分子直径d0； 例：300K的空气， §4.1 真空基础 Hertz-Knudsen公式 6. 入射速率 － 单位时间单位面积内与固体表面发生碰撞的分子数. 例: 300K空气, 入射速率约为3.8*1020*P . §4.1 真空基础 §4.1 真空基础 Knudsen定律－分子从固体表面反射 碰撞于固体表面的分子，反射方向与入射方向无关，并按照与表面法线方向所成角度θ的余弦进行分布，即一个分子离开固体表面时，处于立体角dθ中的几率为： （1）反射与分子原有方向性无关，按余弦定律分布； （2）分子停留在固体表面一段时间，与固体进行动量交换。 θ dθ 外延：在一定条件下，通过一定方法获得所需原子，并使这些原子有规则地排列在衬底上；在排列时控制有关工艺条件，使排列的结果形成具有一定导电类型、一定电阻率、一定厚度、晶格完美的新单晶层的过程。 外延层：由原始衬底表面起始，沿其结晶轴向（垂至于衬底的方向）平行向外延伸所生成的新单晶层。 同质外延：生长的外延层材料与衬底材料结构相同的外延生长过程； 异质外延：结构不同。 直接外延：整个外延层生长中无中间化学反应过程的外延生长过程（真空度要求高、重复性差） ； 间接外延：外延所需的原子由含其基元的化合物经化学反应得到，然后淀积、加接形成外延层的外延生长过程。 §4.2 硅的气相外延生长 §4.2 硅的气相外延生长 物理方法 蒸发 溅射 化学方法 LPCVD PECVD 薄膜淀积 衬底 薄膜 PVD Evaporation Sputtering §4.2 硅的气相外延生长 化学气相淀积 指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。 1. APCVD（Atmospheric pressure） 高淀积速率,简单,