第四章 化學(xué)氣相沉積

第四章化學(xué)氣相沉積所謂外延生長，就是在一定條件下在單晶基片上生長一層單晶薄膜的過程，所生長的單晶薄膜稱為外延層。20世紀(jì)60年代初在硅單晶薄膜研究基礎(chǔ)上出現(xiàn)，已可實現(xiàn)各種半導(dǎo)體薄膜一定條件的外延生長。氣相外延生長是最早應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域的較成熟的外延生長技術(shù)，促進(jìn)了半導(dǎo)體材料和器件質(zhì)量及性能提高。目前，制備半導(dǎo)體單晶外延薄膜的最主要方法是化學(xué)氣相沉積（chemicalvapordeposition，簡稱CVD）。第四章化學(xué)氣相沉積----4.1概述一、CVD原理及特點

CVD（chemicalvapordeposition）是利用汽態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，通過原子分子間化學(xué)反應(yīng)的途徑生成固態(tài)薄膜的技術(shù)。

特點：需要使用汽態(tài)的物質(zhì)作為反應(yīng)物質(zhì)源物質(zhì)要經(jīng)過化學(xué)汽相反應(yīng)生成所需要的材料需要相對較高的氣體壓力環(huán)境通常需要熱，電磁場或光等的作用，促使化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。 熱能：熱CVD，熱絲CVD

光能：激光誘導(dǎo)CVD；紫外光誘導(dǎo)CVD

電磁場：等離子體增強(qiáng)CVD第四章化學(xué)氣相沉積----4.1概述一、CVD原理及特點

優(yōu)點：可準(zhǔn)確控制薄膜的組分及摻雜水平；可在形狀復(fù)雜的基片上沉積薄膜；系統(tǒng)不需要昂貴的真空設(shè)備；高沉積溫度會大幅度改善晶體的結(jié)晶完整性；可利用某些材料在熔點或蒸發(fā)時分解的特點而得到其他方法無法得到的材料；沉積過程可以在大尺寸基片或多基片上進(jìn)行。第四章化學(xué)氣相沉積----4.1概述一、CVD原理及特點

缺點：

CVD外延層容易形成自摻雜； 化學(xué)反應(yīng)需要高溫； 反應(yīng)氣體會與基片或設(shè)備發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 設(shè)備較為復(fù)雜，需要控制變量多。第四章化學(xué)氣相沉積----4.1概述一、CVD原理及特點

應(yīng)用：在半導(dǎo)體集成電子技術(shù)中應(yīng)用很多。在硅片上硅的外延沉積；集成電路中的介電膜如氧化硅、氮化硅的沉積。第四章化學(xué)氣相沉積----4.1概述一、CVD反應(yīng)類型按生長設(shè)備可分為閉管和開管兩種。閉管外延在密封容器內(nèi)，源和襯底置于不同溫度區(qū)。在源區(qū)，揮發(fā)性中間產(chǎn)物由于溫差及壓差，通過對流和擴(kuò)散輸運(yùn)到襯底區(qū)。在襯底區(qū)產(chǎn)物沉積。反應(yīng)產(chǎn)生的輸運(yùn)劑再返回到源區(qū)，如此不斷循環(huán)使外延生長得以繼續(xù)。設(shè)備簡單，可獲得近化學(xué)平衡態(tài)的生長條件，但生長速度慢，裝片少，主要用于基礎(chǔ)研究。第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積一、CVD反應(yīng)類型開管系統(tǒng)應(yīng)用較多。開管外延是用載氣將反應(yīng)物蒸氣由源區(qū)輸運(yùn)到襯底區(qū)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和外延生長，副產(chǎn)物則被載氣攜帶排出系統(tǒng)。開管系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)偏離平衡態(tài)較大?？稍诔夯虻蛪簵l件下進(jìn)行。適于大批量生產(chǎn)。第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積

硅CVD外延生長三個基本熱化學(xué)類型：歧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、熱解反應(yīng)1. 歧化反應(yīng)包含二價鹵化物的分解：2SiX2(g)?Si(s)+SiX4(g)

低溫時，反應(yīng)向右進(jìn)行；高溫時，反應(yīng)向左進(jìn)行。大多數(shù)的閉管反應(yīng)都是利用歧化反應(yīng)，將單晶硅襯底放在沉積區(qū)，沉積固態(tài)硅就可以獲得單晶外延薄膜。第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積1. 歧化反應(yīng)大多數(shù)歧化反應(yīng)，中間產(chǎn)物和反應(yīng)器壁需高溫，如生成SiI2中間產(chǎn)物需要1150℃：Si(s)+2I2(g)→SiI4(g)SiI4(g)+Si(s)→2SiI2(g)襯底區(qū)生成硅外延層的歧化反應(yīng)只需900℃：2SiI2(g)→Si(s)+SiI4(g)第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積1. 歧化反應(yīng)利用低溫低壓外延，在重?fù)诫s襯底上輕摻雜外延層，可獲得陡峭的摻雜過渡區(qū)。近平衡生長避免了硅襯底外來的成核作用，對硅的選擇生長是有利的。根本性的缺點：要求氣流流速低，暴露給輸運(yùn)氣體的源表面積大；反應(yīng)效率低，源利用率不高；系統(tǒng)沾污可能性大；在閉管系統(tǒng)內(nèi)的生長過程中引入摻雜劑較困難。未能廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積2.還原反應(yīng)

用還原劑還原含有欲沉積物質(zhì)的化合物（大多數(shù)是鹵化物）。吸熱反應(yīng)，高溫下進(jìn)行，可采用簡單的冷壁單溫區(qū)?？赡娣磻?yīng)。

硅的外延，如：SiCl4(g)+2H2(g)?Si(s)+4HCl(g)(1150-1300℃)SiHCl3(g)+H2(g)?Si(s)+3HCl(g)2SiHCl3(g)?Si(s)+SiCl4(g)+2HCl(g)第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積2.還原反應(yīng)SiCl4和SiHCl3常溫下都是液體，氫氣作載體，由鼓泡法攜帶到反應(yīng)室。維持穩(wěn)定的生長速率，硅源氣體與H2的體積比須恒定。問題是要維持一個恒定的溫度。優(yōu)點：能在整個沉淀區(qū)實現(xiàn)比較均勻的外延生長；可控制反應(yīng)平衡移動；可利用反應(yīng)可逆性在外延生長之前對襯底進(jìn)行原位氣相腐蝕；在深而窄的溝槽內(nèi)進(jìn)行平面化的外延沉積。第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積

3.熱解反應(yīng)某些元素的氫化物和金屬有機(jī)化合物高溫下不穩(wěn)定，發(fā)生分解，產(chǎn)物可沉積為薄膜，反應(yīng)是不可逆的。如：SiH4(g)=Si(s)+2H2(g)Ni(CO)4(g)=Ni(s)+4CO(g)TiI(g)=Ti(s)+2I多晶硅沉積的生長溫度可低至600℃；單晶硅則需850℃。第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積3.熱解反應(yīng)主要優(yōu)點是能夠在低溫下實現(xiàn)外延生長；熱解反應(yīng)不可逆，不存在鹵化物的氣相腐蝕作用，因而對襯底的腐蝕不嚴(yán)重，對異質(zhì)外延生長尤為有利。主要問題是氣態(tài)反應(yīng)物的純度、成本和安全使用等。第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積

4.氧化反應(yīng)

利用氧氣作為氧化劑促進(jìn)反應(yīng)：SiH4(g)+O2=SiO2(s)+H2O(g)(450℃)Si(C2H5O)4+8O2=SiO2+10H2O+8CO2（Si(C2H5O)4是正硅酸乙酯簡稱TEOS）SiCl4+O2=SiO2+2Cl2GeCl4+O2=GeO2+2Cl2第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積

5.化合反應(yīng)

只要所需物質(zhì)的先驅(qū)物可以氣態(tài)存在并具有反應(yīng)活性，就可利用化學(xué)反應(yīng)沉積其化合物。

如：SiCl4(g)+CH4(g)=SiC(s)+4HCl(g)(1400℃)3SiH4+4NH3=Si3N4+12H2BCl3+NH3=BN+HCl

第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積二、CVD動力學(xué)分析1、CVD模型（Grove模型）薄膜的生長過程取決于氣體與襯底間界面的相互作用，可能涉及以下幾個步驟：（1）反應(yīng)氣體從入口區(qū)域流動到襯底表面的淀積區(qū)域（2）氣相反應(yīng)導(dǎo)致膜先驅(qū)物（組成膜最初的原子或分子）和副產(chǎn)物的形成（3）膜先驅(qū)物附著在襯底表面第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積二、CVD動力學(xué)分析1、CVD模型（Grove模型）（4）膜先驅(qū)物粘附在襯底表面（5）膜先驅(qū)物向膜生長區(qū)域的表面擴(kuò)散（6）吸附原子（或分子）在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致膜淀積和副產(chǎn)物的生成（7）氣態(tài)副產(chǎn)物和未反應(yīng)的反應(yīng)劑擴(kuò)散離開襯底表面（8）副產(chǎn)物排出反應(yīng)室（進(jìn)入主氣流區(qū)被排除系統(tǒng)）第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積CVD反應(yīng)室襯底連續(xù)膜

8) 副產(chǎn)物去除

1)反應(yīng)物的質(zhì)量傳輸副產(chǎn)物

2) 薄膜先驅(qū)物反應(yīng)

3) 氣體分子擴(kuò)散

4) 先驅(qū)物的吸附

5) 先驅(qū)物擴(kuò)散到襯底中

6)表面反應(yīng)

7) 副產(chǎn)物的解吸附作用排氣氣體傳送二、CVD動力學(xué)分析1、CVD模型（Grove模型）

CVD過程主要受兩步工藝過程控制：（1）氣相輸運(yùn)過程；（2）表面化學(xué)反應(yīng)過程。

1966年Grove建立了一個簡單的CVD模型。認(rèn)為控制薄膜沉積速率的兩個主要因素是：（1）反應(yīng)劑在邊界層中的輸運(yùn)過程。（2）反應(yīng)劑在襯底表面上的化學(xué)反應(yīng)過程。第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積

設(shè)在生長中的薄膜表面形成了界面層，其厚度為，cg和cs分別為反應(yīng)物的原始濃度和其在襯底表面的濃度，則擴(kuò)散至襯底表面的反應(yīng)物的通量為：襯底表面消耗的反應(yīng)物通量與Cs成正比平衡時兩個通量相等，得hg為氣相質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)，Ks為表面化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)

多數(shù)CVD中，反應(yīng)劑先被惰性氣體稀釋，Cg=YCT

Y是反應(yīng)劑的摩爾百分比，CT單位體積中反應(yīng)劑和惰性氣體分子的總數(shù)，

則薄膜的生長速度：反應(yīng)導(dǎo)致的沉積速率N1表示形成單位體積的薄膜所需原子個數(shù)結(jié)論：1.反應(yīng)氣體沒有稀釋時，沉積速率與反應(yīng)劑濃度Cg成正比。2.當(dāng)反應(yīng)劑稀釋時，沉積速率與氣相中反應(yīng)劑的摩爾百分比Y成正比。3.在Cg或Y為常數(shù)時，薄膜沉積速率將由ks和hg中較小的一個決定：

結(jié)論：在ks<<hg時，在hg<<ks時，薄膜的沉積速率由表面反應(yīng)速率控制薄膜的沉積速率由質(zhì)量輸運(yùn)速率控制表面反應(yīng)速率控制的CVD

薄膜的沉積速率是由表面反應(yīng)速率控制的，襯底的溫度對沉積速率有較大影響，因為表面化學(xué)反應(yīng)對溫度的變化非常敏感。當(dāng)溫度升高時，反應(yīng)速率增加，薄膜的沉積速率加快。當(dāng)溫度升高到一定程度時，由于反應(yīng)速度的加快，輸運(yùn)到表面的反應(yīng)劑的數(shù)量低于表面反應(yīng)所需的數(shù)量，這時沉積速率轉(zhuǎn)為由質(zhì)量輸運(yùn)控制，反應(yīng)速度不再隨溫度變化而變化。

質(zhì)量輸運(yùn)控制的CVD

質(zhì)量輸運(yùn)過程是通過氣體擴(kuò)散完成的，擴(kuò)散速度與氣體的擴(kuò)散系數(shù)和邊界層內(nèi)的濃度梯度有關(guān)。質(zhì)量輸運(yùn)速率控制的薄膜沉積速率與主氣流速度的平方根成正比，增加氣流速度可以提高薄膜沉積速率，當(dāng)氣流速率大到一定程度時，薄膜的沉積速率達(dá)到一穩(wěn)定值不再變化。沉積速率轉(zhuǎn)變?yōu)橛杀砻娣磻?yīng)速度控制在由質(zhì)量輸運(yùn)速度控制的沉積過程中，要得到均勻的薄膜，必須嚴(yán)格控制到達(dá)各硅片表面的反應(yīng)劑的濃度，各硅片的溫度的均勻性次要因素。在由表面反應(yīng)速度控制的沉積過程中，必須嚴(yán)格控制各硅片表面的溫度，使各硅片均處于一個恒溫場中。質(zhì)量輸運(yùn)和表面反應(yīng)速度控制的CVD二、CVD動力學(xué)分析--2、邊界層模型流速受到擾動并按拋物線型變化、同時還存在反應(yīng)劑濃度梯度的薄層被稱為邊界層，也稱附面層、滯流層等。是一個過渡區(qū)域，存在于氣流速度為零的硅片表面與氣流速度為最大的主氣流區(qū)之間。邊界層厚度：從速度為零的硅片表面到氣流速度為0.99V0(氣流最大速度)時的區(qū)域厚度。第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積二、CVD動力學(xué)分析--2、邊界層模型（1）流動氣體的邊界層及影響因素二、CVD動力學(xué)分析--2、邊界層模型雷諾數(shù)是用來判斷流體流動狀態(tài)的一個無量綱的參數(shù)，表示流體流動中慣性效應(yīng)與黏滯效應(yīng)的比Re>5400湍流狀態(tài)Re<5400層流狀態(tài)對于一般的CVD過程，希望氣體的流動處于層流狀態(tài)流速、密度、粘滯系數(shù)邊界層厚度（1）流動氣體的邊界層及影響因素

在CVD中，襯底表面的氣體也要形成邊界層。在邊界層內(nèi)，氣體處于流動性很低的狀態(tài)，反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物都經(jīng)過擴(kuò)散過程通過邊界層。邊界層的存在限制了沉積的速度。根據(jù)（提高Re，降低邊界層厚度）（提高氣體流速和壓力，降低粘滯系數(shù)可提高雷諾數(shù)）二、CVD動力學(xué)分析--2、邊界層模型

氣流

邊界層

氣流停滯層在硅片表面的氣流氣體流動的速度為零或接近于零氣流以一定平均速度流動邊界層很薄，流速為零

提高Re，可以降低邊界層的厚度，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和提高沉積速度。但Re的增加受到一定限制，Re過高，氣體的流動狀態(tài)變?yōu)橥牧?，這將破壞CVD沉積過程中氣流的穩(wěn)定性，影響沉積的均勻性。結(jié)論二、CVD動力學(xué)分析第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積三、不同硅源的外延生長－－1、硅烷外延生長總方程式：SiH4(g)=Si(s)+2H2(g)并非一步完成，通?？煞譃?個步驟：（1） 容器氣體內(nèi)的硅烷通過邊界層擴(kuò)散；（2） 硅襯底附近，發(fā)生分解：SiH4(g)→SiH2(g)+2H2(g)（3） 表面吸附SiH2

；（4） SiH2

擴(kuò)散到硅表面扭折位置；（5） H2脫附：SiH2(g)→Si(s)+H2(g)第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積三、不同硅源的外延生長－－1、硅烷外延生長

Si結(jié)合到硅晶格位置，完成外延生長。T>1000℃，在低壓下，步驟（1）是速控步驟；在低溫下，含硅氣體在表面的反應(yīng)（步驟（5））是速控步驟。生長速率G與硅烷分壓P0成正比。G=K1P0，當(dāng)硅烷分壓很大時，生長速率會趨向于飽和。生長速率還受到氣體載體種類的影響。比如以He、Ar為載氣，表面反應(yīng)要比H2增強(qiáng)許多。第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積三、不同硅源的外延生長－－2、四氯硅烷外延生長

6步驟：（1） 邊界層擴(kuò)散；（2） 硅襯底附近，發(fā)生氣相反應(yīng)，但沒有硅的析出；（3） 表面吸附SiCl2；（4） SiCl2擴(kuò)散到硅表面扭折位置；第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積三、不同硅源的外延生長－－2、四氯硅烷外延生長6步驟：（5） 發(fā)生表面反應(yīng)：（6） 產(chǎn)物HCl和SiCl4脫附，同時Si結(jié)合到硅晶格位置，完成外延生長。

在SiCl4-H2反應(yīng)體系，當(dāng)HCl含量降低時，有利于Si的沉積；當(dāng)HCl含量升高、H2含量降低時，反應(yīng)是逆方向進(jìn)行的，不利于Si的沉積。第四章化學(xué)氣相沉積----4.2化學(xué)氣相沉積廣義上，CVD可分：在單晶襯底上氣相沉積單晶外

延層；在襯底上沉積薄膜，包括多晶和非晶薄膜。根據(jù)所用源氣體的種類不同：

鹵素輸運(yùn)法和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）按反應(yīng)室內(nèi)壓力：

分常壓CVD、低壓CVD和超高真空CVD采用能量增強(qiáng)輔助方法：

等離子增強(qiáng)CVD和光增強(qiáng)CVD第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類

CVD實質(zhì)上是一種氣相物質(zhì)在高溫下通過化學(xué)反應(yīng)而生成固態(tài)物質(zhì)并趁機(jī)在襯底上的成膜方法。揮發(fā)性的金屬鹵化物或金屬有機(jī)化合物等與H2Ar或N2等載氣混合后，均勻地輸運(yùn)到反應(yīng)室內(nèi)的高溫襯底上，通過化學(xué)反應(yīng)在襯底上形成薄膜。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類

CVD沉積順利進(jìn)行必須滿足下列基本條件：一，沉積溫度下，反應(yīng)物必須有足夠高的蒸氣壓；二，反應(yīng)生成物，除了所需的沉積物為固態(tài)外，其余必須是氣態(tài)；三，沉積物本身的蒸氣壓應(yīng)足夠低，以保證在整個沉積反應(yīng)過程中能使其保持在加熱的襯底上；四，襯底材料本身的蒸氣壓在沉積溫度下足夠低。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類

APCVD的生長壓強(qiáng)約105Pa，即一個大氣壓；

LPCVD的生長壓強(qiáng)一般為103-101Pa；

UHV/CVD生長室內(nèi)本底真空壓強(qiáng)可達(dá)10-8Pa，生長壓強(qiáng)一般為10-1Pa。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類一、常壓CVD（APCVD）操作簡單，淀積速率高，特別適合于淀積厚的介質(zhì)層。易發(fā)生氣相反應(yīng)，產(chǎn)生微粒污染。常壓下進(jìn)行，質(zhì)量輸運(yùn)限制沉積速度。外延溫度可能是高溫或低溫，一般比材料的熔點低30%-50%。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類一、常壓CVD（APCVD）－－應(yīng)用歧化反應(yīng)生長Si外延層：2SiI2(g)?Si(s)+SiI4(g)，是放熱反應(yīng)。如果增加Si的沉積量，應(yīng)降低反應(yīng)溫度，同時采用熱壁反應(yīng)器，以抑制Si在反應(yīng)器上的沉積。

如果是吸熱反應(yīng)，則提高溫度有利于Si的生長，采用冷壁反應(yīng)器。如還原反應(yīng)（式4-5）和熱分解反應(yīng)（式4-10）。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類N2反應(yīng)氣體加熱器N2N2N2N2N2

硅片連續(xù)加工的APCVD反應(yīng)爐硅片薄膜反應(yīng)氣體2反應(yīng)氣體1惰性分隔氣體一、常壓CVD（APCVD）－－應(yīng)用2.用SiH4+O2制備SiO2，用氬氣或氮?dú)鈱iH4稀釋到2%-10%，反應(yīng)溫度450-500℃

。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類一、常壓CVD（APCVD）－－應(yīng)用3.用TEOS+O3制備SiO2，反應(yīng)溫度400

C。Si(OC2H5)4+8O3=SiO2+10H2O+8CO2低于500℃O3使TEOS分解，得到較高的沉積速率。薄膜具有很好的保形性，可很好填充溝槽及金屬線間的空隙。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類二、低壓CVD（LPCVD）

降低工作室的壓力可以提高反應(yīng)氣體和反應(yīng)產(chǎn)物通過邊界層的擴(kuò)散能力，可提高反應(yīng)氣體濃度，是表面反應(yīng)速度控制的。（因為在較低的氣壓下（大約133.3Pa），氣體的擴(kuò)散速率比在一個大氣壓下的擴(kuò)散速率高出很多倍）。與APCVD比，薄膜的沉積速率高，膜性能好，成本低。（一般是熱壁型的）低壓CVD裝置圖維持低壓

TEOSLPCVDPressurecontrollerThree-zoneheaterHeaterTEOSN2O2VacuumpumpGasflowcontrollerLPCVDFurnaceTemp.controllerComputerterminaloperatorinterfaceFurnacemicrocontrollerExhaustFigure11.17二、低壓CVD（LPCVD）在Si襯底上異質(zhì)外延生長SiC常用高純SiH4、C2H2和H2作為Si和C的氣體源和載氣。常采用兩步法生長。首先用H2攜帶C2H2進(jìn)入沉積室并在大約1600K下與Si反應(yīng)生成一層由Si向SiC過渡的緩沖層；然后再引入SiH4參加反應(yīng)生長SiC薄膜。僅有后一半過程不能生長出高質(zhì)量的單晶薄膜。生長溫度為<1500K。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類二、低壓CVD（LPCVD）大多數(shù)多晶硅是在低壓、熱壁式反應(yīng)室中完成的。在580-650℃下熱分解SiH4（H2稀釋）制備多晶硅。

SiH4被吸附在襯底的表面上，熱分解形成固態(tài)薄膜和H2。

SiH4(吸附）=Si+H2

當(dāng)氣體中所含SiH4的濃度比較大時，SiH4在氣相中也可發(fā)生熱分解，使薄膜粗糙多孔，不能滿足IC工藝的要求。用N2和惰性氣體稀釋，硅烷的氣相分解更容易發(fā)生。所以通常用H2稀釋。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類二、低壓CVD（LPCVD）中溫LPCVDSiO2在680~730℃，用TEOS沉積的SiO2通常有較好的保形性，足以能滿足IC生產(chǎn)的要求。熱壁反應(yīng)。LPCVD是反應(yīng)速度限控制的反應(yīng)，只要嚴(yán)格控制溫度，就可以在大量硅片表面沉積均勻的薄膜。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類二、低壓CVD（LPCVD）

氮化硅：700~800℃，以二氯二氫硅和氨氣反應(yīng)沉積。3SiCl2H2(g)+4NH3(g)=Si3N4(S)+6HCl(g)+6H2(g)

影響LPCVD氮化硅質(zhì)量的主要因素為：溫度，總氣壓、反應(yīng)劑比例等。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類二、低壓CVD（LPCVD）－－鎢

W的CVD沉積：

WF6+3H2=W+6HFWF6的沸點17℃，使WF6能以氣態(tài)形式向反應(yīng)室中輸送。

在IC互連系統(tǒng)中，鎢的主要用途：1、作為填充塞。CVD的鎢比PVD的鋁有更好的通孔填充能力。

當(dāng)接觸孔的尺度大于1m時，用PVD的鋁可以實現(xiàn)很好的填充，小于1m時，PVD鋁無法完全填充接觸孔和通孔。2、被用作局部互連材料。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類Metal-2stack(d)Metal-2depositionTungstenplug(a)ViaetchthroughILD-2(SiO2)Metal-1stackILD-2ILD-1ViaSiO2(c)TungstenetchbackSiO2Tungstenplug(b)TungstenCVDviafillTungstenFigure16.33

三、超高真空CVD（UHV/CVD）

本底真空一般達(dá)10-7Pa。

在低溫、低壓下進(jìn)行，具有獨(dú)特的方面：

其一，超凈生長環(huán)境的重要性。

其二、超低生長壓強(qiáng)的重要性。

UHV/CVD外延生長技術(shù)不僅具有高質(zhì)量薄膜生長能力，還有產(chǎn)量大、易于工業(yè)化生生產(chǎn)等優(yōu)點；所生長材料均勻性好，結(jié)構(gòu)完整，界面過渡陡峭。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類三、超高真空CVD（UHV/CVD）

在生長SiGe材料方面取得成功，歸因于：（1）UHV背景有利于保持表面干凈和生長高純材料；（2）非常低的生長壓強(qiáng)（10-1Pa），保證在生長過程中潔凈的生長表面；（3）氣體流動方式介于粘滯流與分子流之間，減少氣體之間的干擾，從而減少均相成核；（4）低的粘滯系數(shù)，保證多片之間的均勻生長；（5）低溫下生長外延層，自摻雜現(xiàn)象得到抑制。第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類三、超高真空CVD（UHV/CVD）

一般都是在低于850

C的溫度下進(jìn)行外延生長，甚至可以在450-600

C的低溫下進(jìn)行Si-Ge的外延生長。

通常采用熱分解方式外延生長Si-Ge合金薄膜：xSiH4(g)+(1-x)GeH4→SixGe1-x(g)+2H2(g)第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類第四章化學(xué)氣相沉積----4.3CVD技術(shù)的種類

在400℃左右加熱，去除硅片表面吸附的水蒸氣；

在500℃左右熱處理，去除表面含碳雜質(zhì)，使其以CO或CO2形式脫附；

外延開始前，在800℃左右對硅片進(jìn)行短時間處理，去除表面氧化物，得到潔凈表面；

然后在設(shè)定溫度開始單層或多層外延。四、能量增強(qiáng)CVD技術(shù)－－1、PECVD

PECVD使用輝光放電等離子體的能量來產(chǎn)生并維持化學(xué)反應(yīng)。PECVD的反應(yīng)氣壓與LPCVD的氣壓差不多（5-500Pa），但PECVD的沉積溫度比LPCVD低很多。LPCVD沉積Si3N4的溫度800-900C，而用PECVD只需350C。因為等離子體可以促進(jìn)氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，促進(jìn)反應(yīng)活性基團(tuán)的形成，因而顯著降低了反應(yīng)沉積溫度。四、能量增強(qiáng)CVD技術(shù)1、PECVDRF頻率13.56MHz（1）硅烷與N2O反應(yīng)，采用PECVD制備SiO2。

SiH4+2N2O(氣）=SiO2+2N2+2H2

反