《薄膜CVD技术》PPT课件

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1、第十章薄膜化学汽相淀积（CVD）技术10.1.化学汽相淀积（CVD）原理10.1.1.薄膜生长的基本过程(与外延相似)外延是一特殊的薄膜生长1)参加反应的气体混合物被输运到沉积区2)反应物分子由主气流扩散到衬底表面3)反应物分子吸附在衬底表面4）吸附物分子间或吸附分子与气体分子间发生化学反应，生成化学反应产物和副产物，并沉积在衬底表面（或原子迁移到晶格位置）5）反应副产物分子从衬底表面解吸6）副产物分子由衬底表面外扩散到主气流中，然后排出沉积区10.1.2.Grove模型和质量附面层模型Grove模型:F1=hG(CG-CS)F2=kSCSG=F/m=[kShG/(

2、kS+hG)](CT/m)YG=hG（CG/m）为高温下的质量输运控制G=kS（CG/m）为较低温下的表面反应控制质量附面层（速度界面层）模型:可得：所以：CVD原理的特点？10.2.CVD反应室气相沉积的反应控制模式主要为质量输运控制和表面反应控制。质量输运控制：工艺容易控制；反应温度较高，生成膜的质量较好，但容易引入污染和外延时的自掺杂，可能存在工艺上的不兼容；设备简单；生长与气流有关，厚度均匀性不易控制。表面反应控制：生长反应与气流无关，因而均匀性好，产量高；生长速率与温度有关，较难控制；生长温度低，污染小，但容易产生缺陷。通过降低反应时的总气压，可以使D

3、G（hG）增加，从而实现表面反应控制。在这种情况下，生长速率降低，即使在进一步降低反应温度，也能较好地控制厚度和缺陷。10.2.1常压CVD（APCVD）13.5特点：温度高，不适宜生长某些钝化膜应用：较厚的膜生长生长速率：~m/min10.2.2低压CVD（LPCVD）通过降低反应时的总气压(0.25~2.0torr)，可以使DG（hG）增加，从而实现表面反应控制。在这种情况下，生长速率降低（~nm/min），即使在进一步降低反应温度(500~700°C)，也能较好地控制厚度和缺陷。由于温度低，反应生成的原子、分子的迁移动能低，容易形成堆积缺陷；因而有些介质膜不宜

4、用LPCVD技术。10.2.3PECVD为了进一步提高成膜质量，进一步降低反应温度和提高生长速率，采用了等离子增强CVD。10.3.薄膜的性质及其生长10.3.1.SiO2膜CVD生长的SiO2膜的质量远不如热氧化SiO2膜。因而主要用于表面钝化和隔离介质膜工艺。而PSG已逐步成为主要的表面钝化表面钝化膜。CVD生长的SiO2也用于化合物半导体器件。目前在金属化之前主要采用TEOS-LPCVD，而在金属化后主要采用PECVD技术(?)。TEOS（tetraethoxysilane，orTetraethylOrthoSilicate）（Si(OC2H5)4）四乙基硅氧化

5、膜的主要特点是台阶覆盖能力好，但生长温度较高，介电参数稍差。主要用于抗Al电迁移的“阻挡层”(?)和深槽的“间隙壁”。（page145表、146页图）10.3.2.PSG和BPSG膜在TEOS氧化中加入少量磷或磷硼源（如：TMPO、TEB等）可形成PSG和BPSG。PSG和BPSG膜的特点：金属离子吸除作用和低温热熔流特性PSG具有比SiO2更好的低温熔流性而用于平坦化工艺，由于PSG的稳定性较差，且对Al有腐蚀作用，现多用BPSG。10.3.3.氮化硅（Si3N4）和SiOxNy膜由于Si3N4非常稳定和杂质掩蔽性，在IC工艺中主要作为掩膜或外层保护膜。1）SiO2

6、膜刻蚀的掩蔽2）离子注入掩蔽膜3）掩蔽SiO2膜不能掩蔽的杂质，如：Ga、Zn4）局部氧化（LOCOS）掩蔽膜5）多层布线金属间的介质隔离膜6）抗碱金属扩散但Si3N4/Si界面的应力很大，不宜直接在Si上生长Si3N4膜。SiOxNy膜是解决这一问题的途径之一。氮化硅有结晶化形和无定形两种在器件中常希望无定形氮化硅（？）用反应溅射法等物理方法和低温CVD法可以制备无定形氮化硅膜，但以CVD为好。（？）常用PECVD法：3SiH2Cl2+7NH3——Si3N4+3NH4Cl+HCl+6H2用SiH2Cl2比用SiH4生长的膜致密。刻蚀：氢氟酸、磷酸、氟基等离子体Si3

7、N4膜SiO2膜Si浓HF中的腐蚀速率（埃/分）15050000缓冲HF中的腐蚀速率（埃/分）151000磷酸中的腐蚀速率（埃/分）100105氟基等离子体腐蚀速率（埃/分）110206010.3.4.Al2O3膜特点：存在负电荷效应（可制Al2O3-SiO2复合栅结构MAOS）（？）抗辐照能力强抗碱金属迁移耐腐蚀性好（包括NaOH）Al2O3膜也有结晶化形和无定形两种CVD：2AlCl3+3CO2+3H2—Al2O3+3CO+6HCl腐蚀：磷酸、氟基等离子体Al2O3膜的缺点：应力大、工艺稳定性差、可光刻性差10.3.4.多晶硅膜Poly-Si1）