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第七章化学气相淀积
化学气相沉积是利用气态化合物或化合物的混合物在基体受热面上发生化学反应,从而在基体表面上生成不挥发的涂层。
化学气相沉积(CVD)
CVD的基本方面包括:
1. 产生化学变化;
2. 膜中所有的材料物质都源于外部的源;
化学气相淀积工艺中的反应物必须以气相形式进入反应室。
反应原子吸附在衬底表面
发生表面化学反应
CVD 化学过程
高温分解: 通常在无氧的条件下,通过加热化
合物分解(化学键断裂);
2. 光分解: 利用辐射使化合物的化学键断裂分解;
3. 还原反应: 反应物分子和氢发生的反应;
4. 氧化反应: 反应物原子或分子和氧发生的反应;
氧化还原反应: 反应3与4地组合,反应后形成两
种新的化合物。
经过数十年的发展,CVD已经成为半导体生产过程中最重要的薄膜沉积方法。PVD的应用大都局限在金属膜的沉积上;而CVD几乎所有的半导体元件所需要的薄膜,不论是导体,半导体,或者绝缘介电材料,都可以沉积。
        在目前的VLSI生产过程中,除了某些材料因特殊原因还在用溅镀法之外,如铝硅铜合金及钛等,所有其他的薄膜均用CVD法来沉积。
CVD工艺优点
(1)CVD成膜温度远低于体材料的熔点。因此减轻了衬底片的热形变,抑制了缺陷生成; 设备简单,重复性好;
(2)薄膜的成分精确可控、配比范围大;
(3)淀积速率一般高于PVD(物理气相淀积,如蒸发、溅射等),效率高;厚度范围广,由几百埃至数毫米,可以实现厚膜淀积,且能大量生产;
(4)淀积膜结构完整、致密,良好的台阶覆盖能力,且与衬底粘附性好。
(5)CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜,例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等
缺点是淀积过程容易对薄膜表面形成污染、对环境的污染等
CVD工艺用途
形成钝化保护层,
介质层,
导电层,
和掩蔽层
用CVD方法淀积薄膜,实际上是从气相中生长晶体的复相物理-化学过程
影响薄膜质量和沉积速率的参数:反应气体流量,反应压力,腔室温度,是否掺杂及掺杂数量等
§
CVD 反应步骤
参加反应的气体混合物被输送到衬底表面
反应物分子由主气流扩散到衬底表面
反应物分子吸附在衬底表面
吸附分子与气体分子之间发生化学反应
反应副产物分子从衬底表面解析
副产物分子由衬底表面外扩散到主气体流中,然后被排出淀积区
在化学气相淀积中,气体先驱物传输到硅片表面进行吸附作用和反应。例如,下面的三个反应。反应1)显示硅烷首先分解成SiH2 (硅乙烯)先驱物。 SiH2先驱物再和硅烷反应形成Si2H6 (乙硅烷) 。在中间CVD反应中, SiH2随着Si2H6被吸附在硅片表面。然后Si2H6分解形成最终需要的固态硅膜。
SiH4(气态) SiH2(气态) + H2(气态) (高温分解)
SiH4(气态) + SiH2(气态) Si2H6(气态) (反应半成品形成)
Si2H6(气态) 2Si (固态) + 3H2(气态) (最终产品形成)
以上实例是硅气相外延的一个反应过程
CVD过程