(s)第六章+化学气相淀积PPT课件

1、.,1,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,.,2,概述,化学气相淀积：CVDChemical Vapour Deposition。 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）+2H2 CVD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

2、（PECVD）,.,3,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。,.,4,6.1.1 CVD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

3、散到气 相(主气流区)，逸出反应室。,6.1 CVD模型,.,5,CVD 传输和反应步骤图,.,6,6.1 CVD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（Poisseulle Flow）：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；,.,7,6.1 CVD模型,6.1.2 边界层理论 边界层厚度（x）(流速小于0.99 Um 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

4、-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）。,.,8,6.1.3 Grove模型,.,9,6.1 CVD模型,6.1.3 Grove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),.,10,6.1.3 Grove模型,Cs = Cg/(1+ks/hg) 两种极限： a. hg ks时， Cs Cg ， 反应控制； b. hg ks，G=（CTksY)/N1 ，反应控制； hg ks转为反应控制G饱和。,.,15,6.1 CVD模型,.,16,淀积速率与温度的关系 低温下，hg ks， 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；,.,46,6.6.3 TiN的CVD TiN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+Ti W+TiF4 保护WF6不与硅发生反应。 6.6.4