微电子工艺(7)化学气相淀积.pptVIP

第1章 第5章 PVD 第7章 化学气相淀积 (Chemical Vapor Deposition) 第7章 化学气相淀积 (CVD) 7.1 CVD概述 7.2 CVD工艺原理 7.3 CVD工艺方法 7.4 二氧化硅薄膜的淀积 7.5 氮化硅薄膜淀积 7.6 多晶硅薄膜的淀积 7.7 CVD金属及金属化合物薄膜 7.1 CVD概述 化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition, CVD)是把构成薄膜元素的气态反应剂或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上淀积薄膜的工艺方法。 淀积的薄膜是非晶或多晶态，衬底不要求是单晶，只要是具有一定平整度，能经受淀积温度即可。 CVD淀积分类 常压化学气相淀积（APCVD, Atmospheric pressure chemical vapor deposition ） 低压化学气相淀积（LPCVD, Low pressure chemical vapor deposition ） 等离子增强化学气相淀积（PECVD, Plasma enhanced chemical vapor deposition ） 金属有机物化学气相淀积（MOCVD, Metal-Organic chemical vapor deposition ） 激光诱导化学气相淀积（LCVD , Laser chemical vapor deposition ） 微波等离子体化学气相淀积（MWCVD, Microwave assisted chemical vapor deposition ） 7.2 CVD工艺原理 (1)反应剂引入，在衬底表面附近形成“滞留层” (2)反应剂被吸附在硅片表面，并进行化学反应 (3) 在硅片表面成核、生长成薄膜 (4)反应后的气相副产物排出反应室 CVD的化学反应条件 （1）在淀积温度下，反应剂需有足够高的蒸气压； （2）除淀积物外，反应的其它物质必须是挥发性； （3）淀积物本身必须具有足够低的蒸气压 （4）薄膜淀积所用的时间必须足够短----高效率，低成本 （5）淀积温度必须足够低----避免对先前工艺影响 （6）CVD不允许化学反应的气态副产物进入薄膜 （7）化学反应必须在被加热的衬底表面 7.2.2薄膜淀积速率及影响因素 CVD反应室内的流体动力学 反应室工作气体是常压或初真空度，分子平均自由程远小于反应室尺寸，气流是粘滞流。 边界层（附面层，滞流层） 边界层厚度 与热氧化生长稍有不同的是，没有了在SiO2中的扩散流 反应剂浓度对生长速率影响 G ∝ Y ∝Cg 温度的影响--两种极限情况 气流速率与温度对淀积速率的影响 Grove模型的指导作用和局限 质量输运控制CVD中，反应剂浓度的均匀性很重要；对温度的控制不必很严格。 表面化学反应控制CVD中，温度均匀性很重要；对反应剂浓度控制不必很严格。 在反应剂浓度较低时Grove模型和实测结果吻合得较好，浓度较高则不然。 忽略了反应产物的解吸、流速影响 忽略了温度梯度对气相物质输运的影响 7.2.3薄膜质量控制 台阶覆盖特性 薄膜内应力 薄膜致密性 薄膜厚度均匀性 薄膜附着性 台阶覆盖（保形性） 遮蔽（Shadowing）效应----反应剂分子平均自由程很长，在衬底上迁移能力低，薄膜最终厚度随沟槽深度的增加而降低 到达角（arrival angle） 在二维空间内，对表面任一点在θ~ θ+dθ角度内到达该点的反应剂数量为P(θ)d(θ) 常压，气体分子之间的相互碰撞使速度矢量完全随机化，则 P(θ)为 常数 当P(θ) ≠0，薄膜厚度正比于到达角的取值范围 三种机制影响反应气体分子到衬底表面的特殊位置：入射；再发射；表面迁移 再发射机制是决定保形覆盖的关键因素 TEOS粘滞系数比硅烷小，再发射率高，保形覆盖更好。 薄膜内应力 7.3 CVD工艺方法 7.3.1常压化学汽相淀积 7.3.2低压化学气相淀积 7.3.3等离子体的产生 7.3.4等离子增强化学气相淀积 7.3.5淀积工艺方法的进展 CVD淀积系统设备 CVD源 气体输入管道及气体流量控制系统 反应室及反应激活装置（基座加热或其它引入反应激活能） 温度控制系统 减压系统 CVD的源 气态源：SiH4，NH3等----正被液态源取代 液态源：TEOS (正硅酸乙脂: Si(OC2H5)4 ) 送入方式： 冒泡法：用N2/H2/Ar携带； 加热法； 液态源直接注入 CVD反应室热源 CVD过程是在高于室温条件淀积的。 反应室侧壁温度保持在Tw，放置硅片的基座温度恒定Ts。 当Tw＝Ts，称热壁式CVD系统；----电阻加热法 Tw＜Ts称冷壁式CVD系统---