第六章化学气相淀积CVDppt课件.ppt

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1、第六章化学气相淀积CVD化学气相淀积CVDchemicalvapordeposition：通过气态混合物在衬底表面发生化学反应并在衬底表面淀积薄膜。集成电路微芯片加工是一个平面的加工过程，它包含在硅片表面生长不同膜层。通过淀积工艺可以完成在硅片表面生长各种薄膜。在微芯片加工中，淀积的薄膜必须具备如下特性：厚度的均匀性薄膜厚度要求均匀性，材料的电阻会随膜厚度的变化而变化，同时膜层越薄，就会有更多的缺陷，如针孔，这会导致膜本身的机械强度降低，因此我们希望薄膜有好的表面平坦度来尽可能减小台阶和缝隙。高纯度和高密度高纯度的膜意味着膜中没有那些会影响膜质量的化学元素或者原子。要避免沾污

2、物和颗粒。膜的密度也是膜质量的重要指标，它显示了膜层中针孔和空洞的多少。在微芯片加工中，淀积的薄膜必须具备如下特性：受控制的化学剂量理想的膜要有均匀的组成成分，在化学反应中随着化学物质的变化，化学剂量比可以描述反应停止或平衡后反应物和生成物的变化。化学剂量比是指在化合物或分子中一种组分的量与另一组分量的比值（如水的剂量比2:1）,通过化学剂量比能够知道所需反应物的组成，通过控制化学剂量比，来控制淀积薄膜的组分.膜的结构完整性和低的膜应力薄膜淀积工艺中，淀积物趋向聚集并生成晶粒。如果膜层中晶粒大小变化，影响膜的电学和机械特性变化，这将影响膜的长期可靠性。同时膜生长中不希望产生使

3、Si衬底变形，导致膜开裂、分层或者空洞形成.在微芯片加工中，淀积的薄膜必须具备如下特性：好的电学特性作为导电层电阻率要小，作为介质层，介电常数要大好的粘附性为了避免薄膜分层和开裂，薄膜对衬底材料的要有好的粘附性。开裂的膜会导致膜表面粗糙，杂质也可以通过膜。对起隔离作用的膜，开裂会导致电短路或者漏电流。在微芯片加工中，淀积的薄膜必须具备如下特性：好的台阶覆盖能力如果淀积的薄膜在台阶上过度的变薄，就容易导致高的膜应力、电短路或者在器件中产生不希望的诱生电荷.低缺陷密度低缺陷密度工艺生长过程：反应物气体混合向反应区输运反应物以扩散的方式穿过边界层到达衬底表面反应物分子被吸附在高温衬

4、底表面上在衬底表面发生化学反应，生成生长晶体原子和气体副产物，原子在晶面移动进入晶格格点，实现晶体生长副产物气体从表面脱附并窜越边界层向主气流中扩散副产物和未反应物离开反应系统上述反应是依次进行的，而总的生长速率将由最慢的一步决定CVD的化学反应的条件：在淀积温度下，反应剂须具有足够高的蒸气压除淀积物外，反应的其他产物必须是挥发性的淀积本身必须具有足够低的蒸气压薄膜淀积所用时间应该尽量以满足高效率和低成本的要求薄膜淀积温度必须足够低，以避免对先前工艺产生影响CVD不允许化学反应的气态副产物进入薄膜化学反应应该发生在被加热的衬底表面6.2CVD系统常压化学气相淀积APCVD低压

5、化学气相淀积LPCVD等离子体辅助化学气相淀积常压化学气相淀积APCVD最早使用的CVD系统，早期是用来淀积氧化层和生长硅外延层，现今仍在使用。APCVD是在大气压下进行的淀积系统，操作简单，并且能够以比较高的淀积速率进行淀积，特别适合介质薄膜的淀积。采用一条带或传输装置来传送硅片，通过流动在反应器中部的反应气体。应用:用于SiO2的淀积和掺杂的氧化硅(PSG、BSG等)SiH4+O2=SiO2+H2O100mm：10片，125mm:8片Time:15minTemp:380～450℃6℃厚度均匀：<5％APCVD缺点APCVD易发生气相反应产生微粒污染其台阶覆盖性和均

6、匀性比较差。影响薄膜淀积的均匀性和阶梯覆盖性的因素之一是反映室内分子的平均自由程。自由程越长，薄膜淀积的均匀性越高。因此，目前已经被更好的LPCVD所取代。低压化学气相淀积LPCVD与APCVD相比LPCVD有更低的成本、更高的产量及更好的膜性能，因此广泛应用。LPCVD通常在中等真空度下，反应温度一般为300-900℃，常规的氧化炉立式或卧式都可以应用于LPCVD。低压化学气相淀积的均匀性和台阶覆盖性比APCVD好，而且污染少。缺点：淀积速度较低工作温度较高LPCVD淀积系统应用情况多晶硅：SiH4/Ar(He)620℃MOS的栅电极Si3N4:SiH2Cl2(二氯氢硅)+

7、NH3750~800℃PSG:SiH4+PH3+O2450℃BSG:SiH4+B2H6+O2450℃SiO2:SiH2Cl2+NO2910℃等离子体辅助化学气相淀积等离子体增强化学气相淀积PECVD高密度等离子体化学气相淀积HDPCVD等离子体增强化学气相淀积PECVDPECVD是目前主要的化学气相淀积系统，APCVD和LPCVD是根据气压分类的，而PECVD是按反应激活能分类的.在化学气相淀积中，不仅可以利用热能来激活和维持化学反应，也可以通过非热能源的射频(RF)等离子体来激活和维持化学反应，而且受