06微电子工艺基础化学气相淀积探析.ppt

第6章 化学气相淀积工艺工艺;第6章 化学气相淀积工艺;一、化学气相淀积概述 二、化学气相淀积方法及设备 三、典型物质淀积介绍;6.1 CVD模型;(1) 在淀积温度下，反应剂必须具备足够高的蒸气压。 (2) 除淀积物外，反应的其他产物必须是挥发性的。 (3) 淀积物本身必须具有足够低的蒸气压，这样才能保证在整个淀积过程中，薄膜能够始终留在衬底表面上。 (4) 薄膜淀积所用的时间应该尽量短以满足高效率和低成本的要求。 (5) 淀积温度必须足够低以避免对先前工艺产生影响。 (6) 化学反应的气态副产物不能进入薄膜中。（尽管在一些情况下是不可避免的） (7) 化学反应应该发生在被加热的衬底表面，如果在气相中发生化学反应，将导致过早核化，降低薄膜的附着性和密度、增加薄膜的缺陷、降低沉积速率、浪费反应气体等。;6.2、化学气相沉积系统;6.2.1 CVD的气体源; 液态源的普遍输送方式是冒泡法。携带气体(氮气、氢气、氩气)通过温度被准确控制的液态源，冒泡后将反应剂携带到反应室中。 携带反应剂的气体流量由流量计精确控制，所携带反应剂的数量是由液态源的温度及携带气体的流速等因素决定。 ;当前已有几种改进方法： 直接气化系统：加热反应源，将因受热而气化的反应剂，由质量流量控制系统控制，通过被加热的气体管道直接输送到反应室。 液态源直接注入法：保存在室温下的液态源，使用时先注入到气化室中，在气化室中气化后直接输送到反应室中。;6.2.4 CVD系统的分类; 反应管是水平的石英管，硅片平放在一个固定的倾斜基座上。反应激活能是由缠绕在反应管外侧的热电阻丝提供的辐射热能，或者是射频电源通过绕在反应管外面的射频线圈加热基座供给的热能，这样系统可以淀积不同的薄膜。; 放在受热移动盘上或者传输带上的硅片连续通过非淀积区和淀积区，淀积区和外围的非淀积区是通过流动的惰性气体实现隔离的。 连续工作的淀积区始终保持稳定的状态，反应气体从硅片上方的喷头持续稳定地喷入到淀积区，同时硅片不断地被送入、导出淀积区。 这是目前用来淀积低温二氧化硅薄膜的最常用的CVD系统。;3. 新型可连续淀积CVD系统;二、 LPCVD系统;15; 在LPCVD系统中，因为表面反应速度控制淀积速率，而表面反应速度又正比于表面上的反应剂浓度，要想在各个硅片表面上淀积厚度相同的薄膜，就应该保证各个硅片表面上的反应剂浓度是相同的。 然而对于只有一个入气口的反应室来说，沿气流方向因反应剂不断消耗，靠近入气口处淀积的膜较厚，远离入气口处淀积的膜较薄 ，称这种现象为气缺现象。;(1)由于反应速度随着温度的升高而加快，可通过在水平方向上逐渐提高温度来加快反应速度，从而提高淀积速率，补偿气缺效应的影响，减小各处淀积厚度的差别。 (2)采用分布式的气体入口，就是反应剂气体通过一系列气体口注入到反应室中。需要特殊设计的淀积室来限制气流交叉效应。 (3)增加反应室中的气流速度。当气流速度增加的时候，在单位时间内，靠近气体入口处的淀积速率不变，薄膜淀积所消耗的反应剂绝对数量也就没有改变，但所消耗的比例降低，更多的反应剂气体能够输运到下游，在各个硅片上所淀积的薄膜厚度也变得更均匀一些。 LPCVD系统的两个主要缺点是相对低的淀积速率和相对高的工作温度。增加反应剂分压来提高淀积速率则容易产生气相反应；降低淀积温度则将导致不可接受的淀积速率。;三、 PECVD系统;19; 等离子体中的电子与反应气体的分子碰撞时，这些分子将分解成多种成份：离子、原子以及活性基团(激发态)，这些活性基团不断吸附在基片表面上，吸附在表面上的活性基团之间发生化学反应生成薄膜元素，并在基片表面上形成薄膜层。 活性基团吸附在表面时，不断的受到离子和电子轰击，很容易迁移，发生重新排列。这两个特性保证了所淀积薄膜有良好的均匀性，以及填充小尺寸结构的能力。 ;4、其它淀积方法（**）;4、其它淀积方法（**）;4、其它淀积方法（**）;;;;;;;;第6章 化学气相淀积工艺;6.4.1 CVD二氧化硅的方法;温度： 在310-450℃之间，淀积速率随着温度的升高而缓慢增加，当升高到某个温度时，表面吸附或者气相扩散将限制淀积过程。 氧气与硅烷比率： 在恒定的温度下，可以通过增加氧气对硅烷的比率来提高淀积速率。但如果不断增加氧气的比例，衬底表面存在过量的氧会阻止硅烷的吸附和分解，最终将会导致淀积速率的下降。 当淀积的温度升高时，氧气对硅烷的比例一定要增加直到能够获得最大的淀积速率。如在325 ℃时，O2:SiH4=3:1，而在475 ℃时， O2:SiH4=23:1。; 低温淀积二氧化硅薄膜