CVD的原理与工艺

第七章化学气相淀积桂林电子科技大学职业技术学院膜淀积集成电路制造过程中，常需要在衬底上生长固体材料层；假设固体膜三维尺寸中，某一维尺寸〔通常指厚度〕远远小于另外两维上的尺寸，称为薄膜，通常描述薄膜厚度的单位是埃。薄膜淀积：任何在硅片衬底上物理沉淀聚积一层薄膜的工艺。薄膜特性硅片加工中可接受的膜必须具备一定特性：台阶覆盖能力、深宽比间隙填充能力、厚度均匀性、可控化学剂量、膜纯度与密度、膜应力、电学特性与粘附性等。深宽比间隙填充能力深宽比用于描述小间隙尺寸，高宽深比的膜淀积容易产生夹断或空洞，因此进行无空洞、均匀填充是薄膜淀积工艺的重点。其他性质厚度均匀性：需淀积处薄膜的厚度均匀一致性，薄膜厚度影响材料电阻，进而影响器件电特性；可控化学剂量：化学反响处于动态平衡状态，反响式两端参与反响物质的量决定了淀积所得膜组分；膜纯度和密度：纯度和密度决定影响膜质量的化学元素或原子的多少和膜层中针孔或空洞多少；膜应力往往会导致硅片变形，造成膜的开裂与分层等；膜的电特性和粘附性对器件可靠性和膜层质量有重要影响。薄膜生长步骤膜淀积过程有三个不同阶段：第一步，晶核的形成：成束的稳定小晶核；第二步，聚集成束—岛生长：岛束沿随机方向生长；第三步，形成连续的膜：岛束聚集并延伸铺展；膜淀积技术硅片的外表淀积会在硅片上形成一层连续的薄膜，成膜物质来自外部源，其中源种类可分为气体源和固体源。按淀积工艺涉及的反响方式分为：化学气相淀积〔ChemicalVaporDeposition，CVD〕物理气相淀积〔PhysicalVaporDeposition，PVD〕化学气相淀积CVD：在反响室内，气态反响物经化学反响生成固态物质并淀积在硅片外表的薄膜淀积技术；PVD：通过蒸发、电离或溅射等过程，产生固态粒子沉积在硅片外表或继续与气体反响得到所需薄膜。CVD的根本特征：1、产生化学变化〔化学反响或热分解〕；2、膜中所有材料都来源于外部的源；3、CVD工艺中反响物必须以气相形式参与反响；CVD化学过程CVD包括的五种根本化学反响过程：1、高温分解：无氧条件下加热分解化合物〔化学键断裂〕；2、光分解：利用辐射能使化合物化学键断裂；3、复原反响：化合物分子与氢气发生的反响；4、氧化反响：反响物与氧发生的反响；5、氧化复原反响：氧化与复原反响的组合，生成两种新化合物选择依据：淀积温度、膜特性和加工设备要求等因素。CVD化学原理与步骤原理：气相反响物中生长晶体的复相物理-化学过程第一步：气体传输至淀积区域第二步：膜先驱物的形成与输运第三步：膜先驱物粘附与扩散第四步：外表反响，导致膜淀积和副产物的形成第五步：副产物的移除〔外表和反响腔〕CVD传输和反响步骤CVD反响控制要点温度与反响速率的限制：温度升高，外表反响速度增加，过程速率最慢环节决定整个淀积过程的速度。常压下，CVD速率不会超过主气体流质量传输速率-质量传输限制淀积工艺。低压下，外表反响速度较低，淀积速度受外表反响速度限制-反响速度限制CVD工艺CVD气体流动对淀积膜的均匀性有较大影响，要求有足够量的分子在适宜的时间出现在适宜的反响区域。CVD气体流动CVD方法分类不同的CVD工艺具有不同的反响腔设计，CVD反响依据反响腔中的压力可分为常压CVD〔APCVD〕和减压CVD，其中减压CVD又分为低压CVD〔LPCVD〕、等离子增强减压CVD〔PECVD〕及高密度等离子增强CVD。各类CVD反响的区别主要在于环境压力的上下和输入能量方式的不同。APCVD属于质量传输限制CVD工艺的一种，必须保证反响气体能等量到达每片硅片。APCVDLPCVDLPCVD属于反响速度限制CVD工艺的一种，在减压的条件下，增加反响气体扩散以获得更高的气体质量传输不再影响CVD反响速度，严格控制温度可在大量硅片外表淀积形成