第七章化学气相淀积

1、化学气相沉积化学气相沉积是利用气态化合物或化合物的混合物在是利用气态化合物或化合物的混合物在基体基体受热面上受热面上发生化学反应，从而在基体表面上生成发生化学反应，从而在基体表面上生成不挥发的涂层。不挥发的涂层。化学气相沉积化学气相沉积(CVD)(CVD)CVDCVD的基本方面包括：的基本方面包括：1. 产生产生化学变化；化学变化；2. 膜中膜中所有的所有的材料材料物质都源于外部的源；物质都源于外部的源；化学气相淀积工艺中的化学气相淀积工艺中的反应物必须以气相形式进入反应物必须以气相形式进入反应室。反应室。反应原子吸附在衬底表面反应原子吸附在衬底表面3.发生表面化学反应发生表面化学反应 缺点是

2、缺点是淀积过程容易淀积过程容易对薄膜表面形成污染、对薄膜表面形成污染、对环境的污染对环境的污染等等CVD 技术分类技术分类按反应器壁温可分为：按反应器壁温可分为：热壁；冷壁。热壁；冷壁。 按反应器形状分：按反应器形状分：A.立式，（又可细分为钟罩式和桶式）；立式，（又可细分为钟罩式和桶式）；B.卧式。卧式。4.多晶硅的淀积法多晶硅的淀积法硅烷热分解法硅烷热分解法SiHSiH4 4Si+2HSi+2H2 27.2 CVD7.2 CVD方法及反应室方法及反应室任何一个任何一个CVD系统都会有一个反应室，它是系统都会有一个反应室，它是CVD设备的心脏部位。另外还有一组气体传送系统、设备的心脏部位。另

3、外还有一组气体传送系统、排气系统、工艺控制系统排气系统、工艺控制系统4在大气压状况下，气体分子彼此碰撞机率很高，因在大气压状况下，气体分子彼此碰撞机率很高，因此很容易会发生气相反应，使得所沉积的此很容易会发生气相反应，使得所沉积的薄膜中会薄膜中会包含微粒。包含微粒。通常在集成电路制程中。通常在集成电路制程中。APCVD只应用只应用于成长保护钝化层。于成长保护钝化层。3.等离子体增强化学气相淀积等离子体增强化学气相淀积PCVD 或或PECVD：Plasma-enhanced CVD平行板型平行板型PECVD反应器的结构示意图反应器的结构示意图PECVDPECVD有两种：平板式和热板式有两种：平板

4、式和热板式热板式热板式PECVD反应器的结构示意图反应器的结构示意图 工艺工艺 优点优点 缺点缺点 应用应用 APCVD (常压常压 CVD) 反应简单反应简单 淀积速度快淀积速度快 低温低温 台阶覆盖能力差台阶覆盖能力差, 有颗粒沾污，薄膜有颗粒沾污，薄膜均匀性差，低产出均匀性差，低产出率率 低温二氧化硅低温二氧化硅 (掺杂或不掺杂掺杂或不掺杂). LPCVD (低压低压 CVD) 高纯度和均匀性，高纯度和均匀性， 一致的台阶覆盖能一致的台阶覆盖能力，大的硅片容量力，大的硅片容量 高温，低的淀积速高温，低的淀积速率，要求真空系统率，要求真空系统支持支持 高温二氧化硅高温二氧化硅 (掺杂掺杂或

5、不掺杂或不掺杂),氮化硅、氮化硅、多晶硅等多晶硅等 等离子体辅助等离子体辅助 CVD: 等离子体增强等离子体增强CVD (PECVD) 高密度等离子体高密度等离子体CVD (HDPCVD) 低温，快速淀积，低温，快速淀积，好的台阶覆盖能好的台阶覆盖能力，好的间隙填充力，好的间隙填充能力能力 要求要求 RF 系统，系统，高高成本，有颗粒沾污成本，有颗粒沾污 高的深宽比间隙的填高的深宽比间隙的填充，充， ILD, 钝化钝化( Si3N4). 一、二氧化硅（一、二氧化硅（SiO2）薄膜）薄膜非掺杂非掺杂SiOSiO2 2: :用于离子注入或扩散的掩蔽膜，用于离子注入或扩散的掩蔽膜，多层金属化层之间的

6、绝缘，场区氧化层多层金属化层之间的绝缘，场区氧化层掺杂掺杂SiOSiO2 2: :用于器件钝化，磷硅玻璃回流，用于器件钝化，磷硅玻璃回流，将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源400400650650750750Si(OC2H5)4 SiO2 +4C2H4+2H2用用TEOSTEOS分解法具有温度低，均匀性好，台阶覆盖优良、分解法具有温度低，均匀性好，台阶覆盖优良、膜质量好等优点膜质量好等优点另一种是通过另一种是通过TEOSTEOS与与O2/O3O2/O3反应，来得到反应，来得到SiO2SiO2。Si(OC2 H5)4+O2SiO2 +副产物，产物平整度很好，副产物，

7、产物平整度很好，但反应温度一般大于但反应温度一般大于600。用用TEOSO3淀积淀积SiO2Liner oxidep Silicon substratep Epitaxial layern-wellp-wellTrench CVD oxideTEOS-O3Trench fill by chemical vapor depositionNitride-+氮化硅的化学汽相淀积：氮化硅的化学汽相淀积：中等温度中等温度(780820)的的LPCVD或低温或低温(300) PECVD方法淀积方法淀积Photo 11.4 三三.多晶硅薄膜多晶硅薄膜2427000HSiSiHC掺杂对多晶薄膜的影响掺杂对多晶

8、薄膜的影响反应一是硅将反应一是硅将WF6WF6内的钨还原出来，称为内的钨还原出来，称为硅还原硅还原反应二称为反应二称为氢还原反应氢还原反应反应三称为反应三称为硅烷还原反应硅烷还原反应如果是金属层和硅之间的接触，可利用反应一进如果是金属层和硅之间的接触，可利用反应一进行，如果不是则利用反应二。反应三是在整个表行，如果不是则利用反应二。反应三是在整个表面进行钨的淀积，又称面进行钨的淀积，又称“覆盖式钨淀积覆盖式钨淀积”回流后PSG回流前PSG金属或多晶硅Figure 11.14PSGPSGPSGPSG可以用磷扩散形成，也可以用气相淀积形可以用磷扩散形成，也可以用气相淀积形成，反应物为成，反应物为硅烷硅烷SiH4和三氯氧磷和三氯氧磷POCL3在氮气在氮气的携带下进入淀积反应室，与氧气进行反应的携带下进入淀积反应室，与氧气进行反应硅源：正硅酸乙脂。分子式为硅源：正硅酸乙脂。分子式为Si(C2H5O4