西电集成电路制造技术第六章 化学气相淀积.ppt

第六章化学气相淀积,主讲：毛维mwxidian西安电子科技大学微电子学院,概述,化学气相淀积：CVDChemicalVapourDeposition。定义：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。例如：热分解SiH4，SiH4=Si（多晶)+2H2(g)，SiH4+O2=SiO2（薄膜）+2H2CVD薄膜：SiO2、Si3N4、PSG、BSG（绝缘介质）、多晶硅、金属（互连线/接触孔/电极）、单晶硅（外延）CVD系统：常压CVD（APCVD）低压CVD（LPCVD）等离子CVD（PECVD）,概述,CVD工艺的特点1、CVD工艺的温度低，可减轻硅片的热形变，抑制缺陷的生成，减轻杂质的再分布，适于制造浅结器件及VLSI；2、薄膜的成分精确可控、配比范围大，重复性好；3、淀积速率一般高于物理淀积，厚度范围大；4、膜的结构完整致密，与衬底粘附好，台阶覆盖性好。,6.1.1CVD的基本过程传输：反应剂从气相(平流主气流区)经附面层（边界层）扩散到（Si）表面；吸附：反应剂吸附在表面；化学反应：在表面进行化学反应，生成薄膜分子及副产物；淀积：薄膜分子在表面淀积成薄膜；脱吸：副产物脱离吸附；逸出：脱吸的副产物和未反应的反应剂从表面扩散到气相(主气流区)，逸出反应室。,6.1CVD模型,CVD传输和反应步骤图,6.1CVD模型,6.1.2边界层理论CVD气体的特性：平均自由程远小于反应室尺寸，具有黏滞性；平流层：主气流层，流速Um均一；边界层（附面层、滞留层）：流速受到扰动的气流层；泊松流（PoisseulleFlow）：沿主气流方向（平行Si表面）没有速度梯度，沿垂直Si表面存在速度梯度的流体；,6.1CVD模型,6.1.2边界层理论边界层厚度（x）(流速小于0.99Um的区域)：（x）=（x/U)1/2-气体黏滞系数，x-距基座边界的距离，-气体密度，U-边界层流速；平均厚度Re=UL/,称为雷诺数(无量纲),表示流体惯性力与黏滞力之比雷诺数取值：2000，湍流型（要尽量防止）。,6.1.3Grove模型,6.1CVD模型,6.1.3Grove模型假定边界层中反应剂的浓度梯度为线性近似，则流密度为：F1=hg(Cg-Cs)hG-气相质量转移系数，Cg-主气流中反应剂浓度，CS-衬底表面处反应剂浓度；表面的化学反应淀积薄膜的速率正比于Cs，则流密度为：F2=ksCs平衡状态下，F1=F2(=F)，则Cs=Cg/(1+ks/hg),6.1.3Grove模型,Cs=Cg/(1+ks/hg)两种极限：a.hgks时，CsCg，反应控制；b.hgks，G=（CTksY)/N1，反应控制；hgks转为反应控制G饱和。,6.1CVD模型,淀积速率与温度的关系低温下，hgks，反应控制过程，故G与T呈指数关系；高温下，hg2；工艺条件：增大SiH4的流量；,6.6.3TiN的CVDTiN作用：作为W的扩散阻挡层时有2个目的防止底层的Ti与WF6反应，反应式为WF6+TiW+TiF4保护WF6不与硅发生反应。6.6.4Al的