第六章化学气相淀积PPT课件.ppt

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1、集成电路制造技术第六章化学气相淀积西安电子科技大学微电子学院戴显英2019年3月第六章化学气相淀积化学气相淀积：CVD，ChemicalVapourDeposition。通过气态物质的化学反应，在衬底上淀积一层薄膜的工艺过程。CVD薄膜：集成电路工艺所需的几乎所有薄膜，如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）等。CVD特点：淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖好、适用范围广、设备简单等CVD系统：常压CVD（APCVD）、低压CVD（LPCVD）和等离子增强CVD（PECVD）PVD与CVDCVD：衬底表

2、面发生化学反应PVD：衬底表面不发生化学反应CVD:更好的台阶覆盖性(50%to~100%)和空隙填充能力PVD:台阶覆盖性差(~15%)和空隙填充能力差PVD源:固态材料CVD源:气体或蒸汽CVD氧化层与热生长氧化层的比较热生长氧化层裸硅片CVD氧化层热氧化处理CVDCVD氧化硅vs.热生长氧化硅热生长氧化硅•O来源于气源，Si来源于衬底•氧化物生长消耗硅衬底•高质量CVD氧化硅•O和Si都来自气态源•淀积在衬底表面•生长温度低（如PECVD）•生长速率高介质薄膜的应用浅槽隔离(STI,USG)侧墙隔离(USG)金属前介质(PMD,PSGorBPSG)金属间介质(IMD,USGorFSG

3、)钝化介质(PD,Oxide/Nitride)浅槽隔离(STI)侧墙隔离介质层的应用实例基本应用6.1CVD模型6.1.1CVD的基本过程①传输：反应剂从气相经附面层（边界层）扩散到（Si）表面；②吸附：反应剂吸附在表面；③化学反应：在表面进行化学反应，生成薄膜分子及副产物；④淀积：薄膜分子在表面淀积成薄膜；⑤脱吸：副产物脱离吸附；⑥逸出：脱吸的副产物从表面扩散到气相，逸出反应室。CVD图示Wafer衬底基片底座边界层强制对流区气体喷头源气体副产品反应物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

4、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δ（x）：流速小于0.99Um的区域；δ（x）=（μx/ρU)1/2μ-黏滞系数，x-与基座的距离，ρ-密度，U-边界层流速；平均厚度或Re=ρUL/μ，雷诺数（无量纲）雷诺数取值：<200，平流型；商业CVD：Re=50-100；>200，湍流型（要避免）。6.1.3Grove模型6.1CVD模型6.1.3Grove模型①假定边界层中反应剂的浓度梯度为线形近似，则流密度为F1=hg(Cg-Cs

5、)hg-气相质量转移系数，Cg-主气流中反应剂浓度，Cs-表面处反应剂浓度；②表面的化学反应速率正比于Cs，则流密度为F2=ksCs③平衡状态下，F=F1=F2，则Cs=Cg/(1+ks/hg)6.1.3Grove模型平衡下，Cs=Cg/(1+ks/hg)④两种极限：a.hg>>ks时，Cs→Cg，反应控制；b.hg<

6、剂的摩尔百分比，CT-分子总数/cm3；一般表达式：G=[kshg/(ks+hg)](CT/N1)Y两种极限情况①反应控制：hg>>ks，则G=（CTksY)/N1；②扩散控制：hg<>ks，转为反应控制，G饱和。6.1CVD模

7、型②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，hg<