化学气相沉积CVD1课件.ppt

1、 缩写为：缩写为：；根据化学反应的形根据化学反应的形式，化学气相沉积可式，化学气相沉积可以下以下：常用于制备金属、半导体和绝缘体等各种薄膜，是化学气常用于制备金属、半导体和绝缘体等各种薄膜，是化学气相沉积中的最简单形式，例如：相沉积中的最简单形式，例如：SiH4(气气)8001200 Si(固固)2H2 Ni(CO)4(气气)190240 Ni(固固)4 CO CH4(气气)9001200 C(固固)2H2 TiI4(气气)加热加热 Ti(固固)2I2 ；。包括了除热分解以外的其它化学反应，例如：包括了除热分解以外的其它化学反应，例如：SiCl4(气气)2H2(气气)1200 Si(固固)4H

2、Cl WF6(气气)3H2(气气)500700 W(固固)6HF 2AlCl3(气气)3CO2(气气)3H2(气气)Al2O3(固固)6HCl 3CO(气气)(CH3)3Ga(气气)AsH3(气气)630675 GaAs(固固)3CH4(气气)3SiH4(气气)4NH3(气气)Si3N4(固固)12H2(气气)在沉积温度下，在沉积温度下，；生成物中，生成物中，所需要的沉积物所需要的沉积物，；，以保证整个沉积反应，以保证整个沉积反应过程始终能保持在加热的基体上；过程始终能保持在加热的基体上；在沉积温度下在沉积温度下。主要由主要由、和和等组成等组成 图图8.3.1 Si片片PN结构微细加工的结构微

3、细加工的CVD装置意示图装置意示图 图图8.3.2 CVD反应器的类型反应器的类型 在主气流区域，在主气流区域，从反应器入口到分解区域的从反应器入口到分解区域的；气相反应气相反应膜形成的膜形成的；成膜前驱体成膜前驱体至生长表面；至生长表面；成膜前驱体成膜前驱体在生长表面；在生长表面；成膜前驱体成膜前驱体至生长点；至生长点；和构成和构成；表面反应产物的表面反应产物的；从分解区向反应器出口进行从分解区向反应器出口进行。,广泛用来沉积广泛用来沉积 一一族和族和族族 化合物半导体；化合物半导体；,主要用于基片或衬底温度不宜在高温主要用于基片或衬底温度不宜在高温 下进行沉积的某些场合，如沉积平面下进行沉

4、积的某些场合，如沉积平面 硅和硅和MOS集成电路的纯化膜。集成电路的纯化膜。（），），1atm；（），），10100Pa；具有具有优点，优点，不仅用于制备硅外延层，还广泛用于制备各种无定形钝化膜，不仅用于制备硅外延层，还广泛用于制备各种无定形钝化膜，如如 SiO2和和Si3N4以及多晶硅薄膜。以及多晶硅薄膜。：，；根据根据，并兼顾，并兼顾。例如：例如：AlCl3+CO2+H2 1150 Al2O3(多晶多晶)15001550Al2O3(单晶膜单晶膜)例如：用三氯化硼和氨反应沉积氮化硼膜：例如：用三氯化硼和氨反应沉积氮化硼膜：BCl3(气气)NH3 BN(固固)3HCl(气气)，；，在，在 12

5、00的沉积温度下，当的沉积温度下，当，；而；而，反应生成物又，反应生成物又NH4Cl一类的一类的；要得到质量较好的沉积膜，基体应满足以下条件：要得到质量较好的沉积膜，基体应满足以下条件：基体材料与沉积膜层基体材料与沉积膜层；基体与沉积膜层在基体与沉积膜层在；基体材料与沉积膜层材料基体材料与沉积膜层材料。;例如：用蓝宝石作基片，用例如：用蓝宝石作基片，用CVD制备的制备的 Al2O3单晶材料单晶材料,其杂质含量为其杂质含量为3034ppm，远小于蓝宝石本身的杂质含量；，远小于蓝宝石本身的杂质含量；例如：例如：WF6 W时时,500700T钨钨=3377；，制备各种半导体、氧化物和化合物膜。，制备

6、各种半导体、氧化物和化合物膜。，。：，离子，离子+自由电子，自由电子，。，供给能量，供给能量,维持；维持；图图8.3.3 物质的四态物质的四态一种一种物理过程与物理过程与可有效解决可有效解决：电子和正离子的密度相等，数量多，但：电子和正离子的密度相等，数量多，但原子密度原子密度PECVD利用利用l等离子体中有等离子体中有（109 1012cm-3），），比普通气体分子温度比普通气体分子温度，能够，能够处于处于较低环境温度下的较低环境温度下的，从而大大，从而大大；l这些具有高反应活性的物质这些具有高反应活性的物质到较低温度的基到较低温度的基体表面上，于是，体表面上，于是，这就，这就，。（用于产生

7、等离子体）（用于产生等离子体）图图8.3.4 卧式管状卧式管状PECVD装置装置图图8.3.5 立式立式PECVD反应器反应器用高频产生辉光放电等离子体的用高频产生辉光放电等离子体的，用于，用于。在在 的低温下，以的低温下，以的沉积速率进行成膜。的沉积速率进行成膜。SiH4生长生长Si外延层的外延层的，当，当，时，可得到时，可得到均匀优质的硅外延层。均匀优质的硅外延层。需在需在，的减压气氛中才的减压气氛中才能进行以能进行以SiH4为源的硅外延层生长。为源的硅外延层生长。是是而而T基体基体、P、气、气相组分的影响在其次相组分的影响在其次PECVD工艺的主要工艺的主要是：是：PECVD工艺的主要工

8、艺的主要是：是：，使沉，使沉积膜积膜，也会使，也会使u，低压低压Hg灯灯 发射出发射出 UV共振线：共振线：253.7nm和和184.9nm敏化敏化剂剂Hg 激发激发 Hg*碰撞碰撞 将能量传递给反应气体（将能量传递给反应气体（M+h M*）反应物分解反应物分解吸收吸收253.7nm波长的波长的UV而而：通过碰撞将通过碰撞将：生成氧化物：生成氧化物：or:高能带电粒子高能带电粒子的影响，的影响，;，60nm/min;膜层中会膜层中会。*HghvHg ONHgONHg 22*22424222HSiOOSiHHSiOOSiH 图图8.3.6 光光CVD反应器及反应系统示意图反应器及反应系统示意图紫

9、外光源：低压汞灯、氖灯、准分子激光器紫外光源：低压汞灯、氖灯、准分子激光器若：若：，可以，可以成成O*,反应如下：反应如下：经过碰撞后，激发态的经过碰撞后，激发态的O*衰减成基态氧衰减成基态氧O，O与与SiH4作用生成作用生成SiO2，其反应结果同前。，其反应结果同前。（1）不用）不用Hg，；但沉积速率低，仅；但沉积速率低，仅2nm/min,为提高沉积速率，为提高沉积速率，例如：，例如：CO2、ArF、KrF 等，用等，用ArF，沉积速率可达，沉积速率可达（2）适应了）适应了的要求，可避免基体因温度太高而的要求，可避免基体因温度太高而变型；变型；（3）PECVD中的中的;（4）可聚焦光束，）可聚焦光束，。*22)nm195175(ONhvON *活化反应蒸镀活化反应蒸镀 *反应离子镀反应离子镀 *常用射频频率：常用射频频率：4KHz，13.56MHz