第章化学气相沉积学习资料.pptx

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1、第九章化学气相沉积(CVD)1化学气相沉积概述ChemicalVaporDeposition(CVD)技术的发展2CVD概述CVD薄膜沉积过程最慢的步骤限制着反应速率的大小4CVD概述CVD技术所涉及的化学反应类型5CVD概述CVD技术所涉及的化学反应类型6CVD概述CVD分类、方法按淀积温度分：低温(200-500oC)，中温(500-1000oC)和高温(1000-1300oC)CVD。按反应压力分：常压CVD、减压CVD(0.1~10Torr)、超高真空CVD(~10-7Torr)等。按反应壁温度分：热

2、壁CVD、冷壁CVD。按激活方式分：热CVD、光CVD、等离子体CVD等。7CVD方法热CVD8定义：利用挥发性的金属卤化物和金属有机化合物等，在高温下发生气相化学反应，并在基板上沉积所需要的薄膜。淀积机理：气相质量输运及表面反应速率的控制过程特点：优点：成膜速度快；可制备多成分的薄膜；附着力强；膜纯度高、结晶性好。缺点：反应温度太高，一般要达到1000oC左右。可淀积的薄膜：Si外延薄膜；poly-Si、SiC等薄膜。CVD装置简图CVD方法热CVD反应器：9CVD方法常压CVD(NPCVD)定义：气相淀积

3、在1个大气压下进行(不采用真空装置)淀积机理：气相质量输运控制过程特点：炉壁加热方式：射频加热/辐射加热等；样品放置：倾斜/平置；优点：淀积速率高，操作简便缺点：均匀性较差、台阶覆盖差、易发生气相反应，产生微粒污染。可淀积的薄膜：Si外延薄膜；SiO2、poly-Si、Si3N4薄膜等。1011CVD方法常压CVD(NPCVD)连续式常压CVD装置示意图CVD方法减压CVD(LPCVD)12定义：在10-103Pa压力下进行化学气相淀积淀积机理：表面反应控制过程优点：均匀性好（±3-5％，APCVD：±10％

4、）；台阶覆盖好；薄膜中异物、杂质附着少。缺点：淀积速率低可淀积薄膜：poly-Si、Si3N4、SiO2、PSG、BPSG、W等。13热壁型减压CVD装置图CVD方法减压CVD(LPCVD)CVD方法等离子体增强CVD(PECVD)14定义：激活气体分子（等离子体）；使其在低温（可低至室温）下发生化学反应，淀积成膜。淀积机理：表面反应控制过程PECVD沉积薄膜的原理图15CVD方法等离子体增强CVD(PECVD)优点：温度低（200-350℃）；更高的淀积速率；附着性好；台阶覆盖好；电学特性好。缺点：产量低可

5、淀积薄膜：金属化后的钝化膜（Si3N4）；多层布线的介质膜（Si3N4、SiO2）等。例如：淀积Si3N4薄膜时，采用NPCVD或LPCVD，一般需要1000℃高温，而采用PECVD，在300℃左右就可以完成。CVD方法等离子体增强CVD(PECVD)PECVD中等离子体产生方式：二极直流辉光放电PECVD射频电容或电感耦合PECVD高密度PECVDECR放电、高频感应耦合、螺旋波放电。16CVD方法光CVD(photoCVD)工作原理：采用激光或紫外光加热以及光催化的方法将化合物催化分解，得到活性粒子，继而

6、发生化学反应、并沉积成膜。光源：激光器、紫外光源灯、Hg灯等。17特点：单色光―选择性化学反应，降低反应温度（SiO2，50℃），减少对膜污染，实现选择性成膜。激光聚束性能好，可得到高能密度109W/cm2以上。可以利用光束良好的空间分辨率和二维可控性实现局部修补，掺杂。18CVD方法光CVD(photoCVD)低压汞灯为光源2537埃和1849埃紫外辐射，反应室充入Hg蒸汽做触媒，被激励成为高能态的Hg*，再由Hg*碰撞将能量传递给反应气体。缺点：有Hg污染CVD方法有机金属CVD(MOCVD)目的：制备高

7、质量的半导体化合物薄膜材料，如：III-V、II-VI；制备高密度FRAM等多组分铁电薄膜材料。工作气体：低温高挥发性的金属有机物，一般为烷基或芳基衍生物，烃基衍生物，羰基化合物等。工作温度：300∼700oC。含有化合物半导体元素的原料化合物必须满足的条件：(1)常温下较稳定且容易处理;(2)反应的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层;(3)在室温附近应具有适当的蒸气压。19CVD方法有机金属CVD(MOCVD)20优点：成分组分控制比较好，可以大面积沉积、均匀性好、致密；沉积温度较低，减少了自污染，提高

8、了薄膜的纯度。缺点：有机金属化合物蒸气有剧毒和易燃，给有机金属化合物的制备，贮存，运输和使用带来了困难；工作气体成本比较高；反映温度低，有些金属有机化合物在气相中就发生反应，生成固态微粒再沉积到衬底表面，形成薄膜中的杂质颗粒，破环了膜的完整性。CVD方法有机金属CVD(MOCVD)2122CVD方法有机金属CVD(MOCVD)CVD方法金属CVD(CVD)23针对LSI向高密度发展，超微细孔(连接孔