《CVD的原理與工藝》PPT課件

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1、第七章化學(xué)氣相淀積桂林電子科技大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院膜淀積集成電路制造過程中，常需要在襯底上生長固體材料層；若固體膜三維尺寸中，某一維尺寸（通常指厚度）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于另外兩維上的尺寸，稱為薄膜，通常描述薄膜厚度的單位是埃。薄膜淀積：任何在硅片襯底上物理沉淀聚積一層薄膜的工藝。薄膜特性硅片加工中可接受的膜必須具備一定特性：臺階覆蓋能力、深寬比間隙填充能力、厚度均勻性、可控化學(xué)劑量、膜純度與密度、膜應(yīng)力、電學(xué)特性與粘附性等。深寬比間隙填充能力深寬比用于描述小間隙尺寸，高寬深比的膜淀積容易產(chǎn)生夾斷或空洞，因此進(jìn)行無空洞、均勻填充是薄膜淀積工藝的重點(diǎn)。其他性質(zhì)厚度均勻性：需淀積處薄膜的

2、厚度均勻一致性，薄膜厚度影響材料電阻，進(jìn)而影響器件電特性；可控化學(xué)劑量：化學(xué)反應(yīng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，反應(yīng)式兩端參與反應(yīng)物質(zhì)的量決定了淀積所得膜組分；膜純度和密度：純度和密度決定影響膜質(zhì)量的化學(xué)元素或原子的多少和膜層中針孔或空洞多少；膜應(yīng)力往往會導(dǎo)致硅片變形，造成膜的開裂與分層等；膜的電特性和粘附性對器件可靠性和膜層質(zhì)量有重要影響。薄膜生長步驟膜淀積過程有三個不同階段：第一步，晶核的形成：成束的穩(wěn)定小晶核；第二步，聚集成束—島生長：島束沿隨機(jī)方向生長；第三步，形成連續(xù)的膜：島束匯集并延伸鋪展；膜淀積技術(shù)硅片的表面淀積會在硅片上形成一層連續(xù)的薄膜，成膜物質(zhì)來自外部源，其中

3、源種類可分為氣體源和固體源。按淀積工藝涉及的反應(yīng)方式分為：化學(xué)氣相淀積（ChemicalVaporDeposition，CVD）物理氣相淀積（PhysicalVaporDeposition，PVD）化學(xué)氣相淀積CVD：在反應(yīng)室內(nèi)，氣態(tài)反應(yīng)物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成固態(tài)物質(zhì)并淀積在硅片表面的薄膜淀積技術(shù)；PVD：通過蒸發(fā)、電離或?yàn)R射等過程，產(chǎn)生固態(tài)粒子沉積在硅片表面或繼續(xù)與氣體反應(yīng)得到所需薄膜。CVD的基本特征：1、產(chǎn)生化學(xué)變化（化學(xué)反應(yīng)或熱分解）；2、膜中所有材料都來源于外部的源；3、CVD工藝中反應(yīng)物必須以氣相形式參與反應(yīng)；CVD化學(xué)過程CVD包括的五種基本化學(xué)反應(yīng)過程：1

4、、高溫分解：無氧條件下加熱分解化合物（化學(xué)鍵斷裂）；2、光分解：利用輻射能使化合物化學(xué)鍵斷裂；3、還原反應(yīng)：化合物分子與氫氣發(fā)生的反應(yīng)；4、氧化反應(yīng)：反應(yīng)物與氧發(fā)生的反應(yīng)；5、氧化還原反應(yīng)：氧化與還原反應(yīng)的組合，生成兩種新化合物選擇依據(jù)：淀積溫度、膜特性和加工設(shè)備要求等因素。CVD化學(xué)原理與步驟原理：氣相反應(yīng)物中生長晶體的復(fù)相物理-化學(xué)過程第一步：氣體傳輸至淀積區(qū)域第二步：膜先驅(qū)物的形成與輸運(yùn)第三步：膜先驅(qū)物粘附與擴(kuò)散第四步：表面反應(yīng)，導(dǎo)致膜淀積和副產(chǎn)物的形成第五步：副產(chǎn)物的移除（表面和反應(yīng)腔）CVD傳輸和反應(yīng)步驟CVD反應(yīng)控制要點(diǎn)溫度與反應(yīng)速率的限制：溫度升高，表

5、面反應(yīng)速度增加，過程速率最慢環(huán)節(jié)決定整個淀積過程的速度。常壓下，CVD速率不會超過主氣體流質(zhì)量傳輸速率-質(zhì)量傳輸限制淀積工藝。低壓下，表面反應(yīng)速度較低，淀積速度受表面反應(yīng)速度限制-反應(yīng)速度限制CVD工藝CVD氣體流動對淀積膜的均勻性有較大影響，要求有足夠量的分子在合適的時間出現(xiàn)在合適的反應(yīng)區(qū)域。CVD氣體流動CVD方法分類不同的CVD工藝具有不同的反應(yīng)腔設(shè)計(jì)，CVD反應(yīng)依據(jù)反應(yīng)腔中的壓力可分為常壓CVD（APCVD）和減壓CVD，其中減壓CVD又分為低壓CVD（LPCVD）、等離子增強(qiáng)減壓CVD（PECVD）及高密度等離子增強(qiáng)CVD。各類CVD反應(yīng)的區(qū)別主要在于環(huán)境

6、壓力的高低和輸入能量方式的不同。APCVD屬于質(zhì)量傳輸限制CVD工藝的一種，必須保證反應(yīng)氣體能等量到達(dá)每片硅片。APCVDLPCVDLPCVD屬于反應(yīng)速度限制CVD工藝的一種，在減壓的條件下，增加反應(yīng)氣體擴(kuò)散以獲得更高的氣體質(zhì)量傳輸不再影響CVD反應(yīng)速度，嚴(yán)格控制溫度可在大量硅片表面淀積形成均勻的膜。由于低壓，LPCVD中的邊界層距離硅片表面更遠(yuǎn)，邊界層分子密度低，使得反應(yīng)氣體很容易通過邊界層，使硅片表面接觸足夠的反應(yīng)氣體分子：反應(yīng)速度限制工藝。LPCVD