,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 化学气相淀积,主 讲：毛 维,西安电子科技大学微电子学院,第六章 化学气相淀积,1,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SiH,4,，SiH,4,=Si（多晶)+2H,2,(g)，,SiH,4,+O,2,=,SiO,2,（薄膜）+2H,2,CVD薄膜：,SiO,2,、Si,3,N,4,、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（PECVD）,概述 化学气相淀积：CVDChemical Vap,2,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。,概述 CVD工艺的特点,3,6.1.1 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散到气,相(主气流区)，逸出反应室。,6.1 CVD模型,6.1.1 CVD的基本过程6.1 CVD模型,4,CVD 传输和反应步骤图,CVD 反应室,Substrate,连续膜,8)副产物,去除,1)反应物的质量传输,副产物,2)薄膜先驱,物反应,3)气体分,子扩散,4)先驱物,的吸附,5)先驱物扩散,到衬底中,6)表面反应,7)副产物的解,吸附作用,排气,气体传送,CVD 传输和反应步骤图CVD 反应室Substrate连续,5,6.1 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U,m,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；,6.1 CVD模型6.1.2 边界层理论,6,6.1 CVD模型,6.1.2 边界层理论,边界层厚度,（,x,）(流速小于,0.99 U,m,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-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）。,6.1 CVD模型6.1.2 边界层理论,7,6.1.3 Grove模型,6.1.3 Grove模型,8,6.1 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：F,1,=h,g,(C,g,-C,s,),h,g,-气相质量转移系数，,C,g,-主气流中反应剂浓度，,C,S,-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C,s,，则,流密度为：F,2,=k,s,C,s,平衡状态下，F,1,=F,2,(=,F)，则,C,s,=C,g,/(1+k,s,/h,g,),6.1 CVD模型6.1.3 Grove模型,9,6.1.3 Grove模型,C,s,=C,g,/(1+k,s,/h,g,),两种极限：,a.h,g,k,s,时，,C,s,C,g,，,反应控制；,b.h,g,k,s,，G=（C,T,k,s,Y)/N,1,，反应控制；,h,g,k,s,转为反应控制G饱和。,6.1 CVD模型影响淀积速率的因素,14,6.1 CVD模型,6.1 CVD模型,15,淀积速率与温度的关系,低温下，,h,g,k,s,，,反应控制过程，故,G与T呈指数关系；,高温下，,h,g,2；,工艺条件：增大SiH,4,的流量；,6.6.2 硅化钨的CVD,45,6.6.3 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WF,6,反应，反应式为,WF,6,+Ti W+TiF,4,保护WF,6,不与硅发生反应。,6.6.4 Al的CVD,CVD铝的潜在优点：,CVD铝对接触孔有很好的填充性；,较低的电阻率(与钨相比)；,一次完成填充和互连；,CVD铝淀积温度比CVD钨低。,6.6.3 TiN的CVD,46,