集成电路制造技术——原理与工艺(第二版)-第6章-CVD[64页].pptx

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集成电路制造技术集成电路制造技术JICHENGDIANLUZHIZAOJISHU——原理与工艺主讲/某某某

薄膜制备JICHENGDIANLUZHIZAOJISHU

化学气相淀积化学气相淀积第六章JICHENGDIANLUZHIZAOJISHU

6.1CVD概述6.2CVD工艺原理6.3CVD工艺方法6.4二氧化硅薄膜的淀积6.5氮化硅薄膜淀积6.6多晶硅薄膜的淀积6.7CVD金属及金属化合物薄膜目录CONTENTS

一、CVD概述化学气相淀积(ChemicalVaporDeposition,CVD)是把构成薄膜物质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，淀积成膜的工艺方法。淀积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。衬底薄膜

一、CVD概述可以按照工艺特点、工艺温度、反应室压力、反应室壁温和化学反应的激活方式等分类，通常按照工艺特点分类，有：常压化学气相淀积(APCVD)低压化学气相淀积(LPCVD)等离子增强化学气相淀积(PECVD)金属有机物化学气相淀积(MOCVD)激光诱导化学气相淀积(LCVD)微波等离子体化学气相淀积(MWCVD)CVD分类按气压分类热激活按反应激活方式分类低压化学气相淀积(LPCVD)等离子增强化学气相淀积(PECVD)

一、CVD概述用途与特点CVD工艺主要用于制备SiO2、Si3N4等介质薄膜，ploy-Si等半导体薄膜，另外，也用于制备金属化系统中常用的钨、金属硅化物等薄膜。CVD工艺制备的薄膜具有较好地性质，如附着性好，保形覆盖能力较高。不同的CVD方法制备的薄膜，性质不同、用途也不同：低温工艺制备的薄膜质地较疏松、密度低，抗腐蚀性较差，如低温SixNy用作保护膜；中温工艺薄膜密度高，抗腐蚀性好。如中温Si3N4用作腐蚀掩膜。CMOS电路PECVDLPCVD

二、CVD工艺原理2.1薄膜淀积过程SiH4（H2）→Poly-Si+2H2混合气体进入，气流是粘滞流，主气流区是层流，在硅片表面形成“边界层”；1硅烷扩散穿过边界层到达衬底表面；2在硅片表面硅烷及其分解的气态含硅原子团被吸附在硅片的表面，成为吸附分子；3发生表面反应、生成的硅原子在硅片上聚集、连接成片、成膜；4H2从衬底表面解吸，被排出反应器。5

二、CVD工艺原理2.1薄膜淀积过程CVD与VPE相似，也可分为气相质量输运和表面化学反应两过程。气相质量输运过程：立式反应器淀积工艺没有外延工艺要求严；淀积设备及其反应室形状种类更多，气流压力、流速范围更宽。在某些情况下反应室的气流可能出现紊流区。气相质量输运以扩散方式实现。

二、CVD工艺原理2.1薄膜淀积过程表面化学反应过程：CVD工艺衬底温度较外延工艺低、淀积速率快，而且衬底表面可以不是单晶；表面反应生成的薄膜原子在衬底上聚集——成核，再连接成片、被覆盖——成膜，没有外延的规则排列过程或排列不完全，所以，淀积薄膜是非晶或多晶态。另外，CVD为了在较低温度下，激活并维持化学反应，而发展出的PECVD、LCVD、MWCVD等，分别是将电能、光能、微波能转化为化学能，这使得表面化学反应过程变得更加复杂。

二、CVD工艺原理2.2薄膜淀积速率及影响因素1.生长动力学薄膜衬底主气流区CgCsJgJsGrove模型边界层δ从Grove模型出发，用动力学方法分析化学气相淀积，推导出薄膜生长速率的表达式：气相扩散流密度Jg为：1hg=Dg/δ--气相质量输运系数

二、CVD工艺原理表面反应流密度Js为：2一表面化学反应系数稳态时，两步骤的流密度应相等，则有：Jg=Js=J（分子数/min）可得：设源的摩尔百分比为：主气流区单位体积气体分子总数薄膜淀积速率：???NSi=5×1022cm-3

二、CVD工艺原理2.两种极限情况?Y一定时，G由hg和ks中较小者决定如果hgks1??称表面反应控制过程，对温度非常敏感如果hgks2???称气体质量输递控制，对温度不那么敏感

温度较高时，对温度不太敏感，随着温度的上升，淀积速率变化不大。二、CVD工艺原理3.温度对淀积速率的影响SiCl4+2H2→ploy-Si+4HCl较低温时：淀积速率与温度是指数关系：kshg，淀积速率受表面化学反应控制；kshg，淀积速率受气相质量输运控制。

二、CVD工艺原理4.反应剂流量对淀积速率的影响CVD多晶硅淀积速率与硅烷气体流速关系反应剂流量增加淀积速率加快；???反应剂流量低时，基于Grove模型推导的薄膜淀积速率公式与实验结果相吻合。