薄膜淀积与外延技术ppt课件.ppt

微电子工艺学MicroelectronicProcessing第五章薄膜淀积与外延技术超薄膜: ~10nm
薄膜:50nm─10mm
典型薄膜:50nm─1mm
厚膜:~10mm─~100mm（1）物态（4）组成两种常见的薄膜结构半导体薄膜：Si
介质薄膜：SiO2，Si3N4,BPSG，…
金属薄膜：Al，Cu，W，Ti，…淀积是指在wafer上淀积一层膜的工艺，淀积薄膜的工艺有很多种，化学气相淀积、物理气相淀积、蒸发等很多。
化学气相淀积（CVD）是通过气态物质的化学反应在wafer表面淀积一层固态薄膜的工艺。CVD法淀积薄膜可用以下几个步骤解释薄膜的生长过程：参加反应的气体传输到wafer表面；反应物扩散至wafer表面并吸附在其上；wafer表面发生化学反应，生成膜分子和副产物；膜分子沿wafer表面向膜生长区扩散并与晶格结合成膜；反应副产物随气流流动至排气口，被排出淀积区。1）化学气相淀积—ChemicalVaporDeposition(CVD)
一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底表面发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。
例如：APCVD,LPCVD,PECVD,HDPCVD
2）物理气相淀积—PhysicalVaporDeposition(PVD)
利用某种物理过程实现物质的转移，即将原子或分子转移到衬底（硅）表面上，并淀积成薄膜的技术。
例如：蒸发evaporation，溅射sputtering除了CVD和PVD外，制备薄膜的方法还有:外延：在单晶衬底上生长一层新的单晶层，晶向取决于衬底CMOS栅电极材料；多层金属化电极的导电材料化学气相沉积[ChemicalVaporDeposition(CVD)]：是通过气态物质的化学反应在衬底上淀积薄膜的工艺方法。化学气相沉积（CVD）是一种化学气相生长法。
把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片，利用加热、等离子体、紫外光以及激光等能源，借助气相作用或在基板表面的化学反应（热分解或化学合成）生长要求的薄膜。
CVD装置的主要部分：反应气体输入部分、反应激活能源供应部分和气体排出部分。
CVD可以制备单晶、多相或非晶态无机薄膜，近年来，已研制出金刚石薄膜、高Tc超导薄膜、透明导电薄膜以及某些敏感功能薄膜。对薄膜的要求CVD法制备薄膜具有很多优点，如薄膜组分任意控制、生长温度低于组成物质的熔点、膜层均匀性好、薄膜纯度高、针孔少、结构致密。
CVD分类：化学气相淀积（CVD）的应用及分类化学气相沉积的基本原理CVD法实际上很早就有应用，用于材料精制、装饰涂层、耐氧化涂层、耐腐蚀涂层等。在电子学方面PVD法用于制作半导体电极等。
CVD法一开始用于硅、锗精制上，随后用于适合外延生长法制作的材料上。
表面保护膜一开始只限于氧化膜、氮化膜等，之后添加了由Ⅲ、Ⅴ族元素构成的新的氧化膜，最近还开发了金属膜、硅化物膜等。
以上这些薄膜的CVD制备法为人们所注意。CVD法制各的多晶硅膜在器件上得到广泛应用，这是CVD法最有效的应用场所。CVD的化学反应热力学与反应系统的化学平衡常数有关反应方向判据：平衡常数的意义：CVD的（化学反应）动力学Van’tHoff规则：反应温度每升高10℃，反应速率大约增加2-4倍。这是一个近似的经验规则。(1)反应剂被携带气体引入反应器后，在衬底表面附近形成“滞留层”，然后，在主气流中的反应剂越过边界层扩散到硅片表面
(2)反应剂被吸附在硅片表面，并进行化学反应最常见的几种CVD反应类型有：热分解反应、化学合成反应、化学输运反应等。分别介绍如下。（1）氢化物化学合成反应5.2化学气相沉积化学输运反应化学输运反应条件：F1是反应剂分子的粒子流密度
F2代表在衬底表面化学反应消耗的反应剂分子流密度hG是质量输运系数（cm/sec）设Y一定时，v由hG和ks中较小者决定
如果hG>>ks，则Cs≈CG,这种情况为表面反应控制过程
有

2、如果hG<<ks，则CS≈0，这是质量传输控制过程
有质量输运控制，对温度不敏感

T对ks的影响较hG大许多，因此：
hG<<ks质量传输控制过程出现在高温
hG>>ks表面控制过程在较低温度出现以硅外延为例（1atm，APCVD）当工作在高温区,质量控制为主导，hG是常数，此时反应气体通过边界层的扩散很重要，即反应腔的设计和晶片如何放置显得很重要。单晶硅淀积要采用图中的卧式反应设备，放置硅片的石墨舟为什么要有倾斜?这里界面层厚度s是x方向平板长度的函数。因此，支座倾斜可以促使s(x)沿x变化减小
原理：由于支座倾斜后，气流的流过的截面积下降，导致气流速度的增加，进而导致s(x)沿x减小和hG的增加。从而用加大hG的方法来补偿沿支座长度方向的气源的耗尽而产生的淀积速率的下降。尤其对质量传