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1、第五章第五章 硅的气相外延生长硅的气相外延生长5.1 5.1 真空基础真空基础5.2 5.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长4.1 真空基础真空基础真空：低于1个大气压的气体空间。粗真空：11051102Pa低真空：1102110-1Pa (滞流状态向分子状态过渡，分子平均自由程与容器相当，对流现象消失)高真空：110-1110-6Pa超高真空：95%), 也可用于spacer oxide制作.4. MOCVD-可生长半导体,金属和介质材料;-毒性高, 原料贵, 废气处理困难;-常用于生长III-V化合物和某些金属(W Plug和Cu)5. PECVD-可低温下进行化学反应, 常用于集成电路
2、后端介质淀积工艺；-有等离子体损伤.-常用于ILD阻挡介质层(SiN)工艺. SiH4+NH3(200-400oC)6. HDPCVD- 常用于集成电路后端介质IMD淀积工艺；- 填充能力好, 一般用于制作low-k.4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长PECVD4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长Thermal CVDPECVDHDPCVDBottom fillingStep Coverage CVD 机理机理气体输运反应表面迁移成核/生长副产物向外扩散副产物解吸附停滞层吸
3、附4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长边界层及其特性边界层及其特性一定流速v0的流体经过表面时，由于气流与衬底的摩擦力导致固体表面出现一个流体速度受到干扰而变化的薄层，称为边界层或滞流层。一般定义薄层厚度为流速为0.99v0处的厚度。v v0 0V = v04.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长边界层厚度与流体流速v0、黏滞系数、流体密度和位置x有关：v v0 0v=0.99vv=0.99v0 0x=04.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长边界层内流速很慢，因此反应物
4、的输运主要以扩散为主。由于衬底上反应物的消耗导致在固体表面产生一个具有反应物浓度梯度的薄层，称为扩散层或质量边界层。其中D为扩散系数，Pr为普兰特数.对于气体，一般Pr=0.60.8, (x) 1, c (x).4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长 同样从热传导角度分析，在发热的平板上方，气体中也存在一个温度变化的薄层，此薄层中热传递主要靠扩散进行，而不是对流，该薄层称为温度边界层。4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长边界层厚度与薄膜生长1.边界层将薄膜生长和反应物层流分开, 反应物向衬底输运减弱, 影响了薄膜生长;2.提高反应气体向衬底的输运, 需要减小边界层厚度;-
5、 提高气体流速, 增加气体雷诺数值(CVD中雷诺数在几百左右，如H2约100);- 工业过程一般ReD）：沉积流： 沉积流随距离增长指数下降。 轴向生长速率很不均匀； 可以倾斜基片提高轴向生长速率的均匀性。4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长径向生长速率（基片法线方向与气体流动方向平行）径向生长速率（基片法线方向与气体流动方向平行）稳态扩散方程：小间距近似：生长速率：其中，k为表面反应速率，I0为零阶Bessel函数。4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长LPCVDLPCVD特点特点（1）由于hG大，因此生长速率较高；（2）台阶覆盖较好；（3）片内和片间薄膜厚度均匀性好；（4）扩散层厚度与气流模式有关；（5）存在质量耗尽现象。4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长硅外延层的掺杂与自掺杂硅外延层的掺杂与自掺杂N型掺杂：PCl3，AsCl3和AsH3P型掺杂：BCl3，BBr3，B2H6杂质的再分布：由于外延时的高温，使得外延层和衬底界面附近处的杂质浓度梯度变平。外延层的生长速率影响硅中的掺杂，在其他条件不变时，杂质浓度随生长速率的增大而下降。自掺杂：无意从衬底引入的掺杂。限制了由掺杂控制所能生长的最小薄层厚度及最低掺杂浓度。4.2 4.2 硅的气相外延生长硅的气相外延生长作业作业1.简述化学气相淀积机理。2.简述Grove模型。
