PPT《...指使一种或数种物质的气体,以某种方式激活后,在衬底...》

化学气相淀积定义:指使一种或数种物质的气体,以某种方式激活后,在衬底发生化学反应,并淀积出所需固体薄膜的生长技术.

其英文原名为 "Chemical Vapour Deposition",简称为 "CVD".本章主要内容: CVD薄膜的动力学模型、常用系统及制备常用薄膜的工艺.

第六章 化学气相淀积 (1)CVD成膜温度远低于体材料的熔点或软点.因此减轻了衬底片的热形变,减少了玷污,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;

厚度范围广,由几百埃至数毫米.且能大量生产;

(4)淀积膜结构完整、致密,与衬底粘附性好. CVD工艺特点: 6.1 CVD模型 6.1.1 CVD的基本过程 图6.1 1.主要步骤 反应剂气体→反应室内(主气流区) →通过边界层到达衬底表面(扩散方式) →成为吸附原子→在衬底表面发生化学反应,淀积成薄膜. 2.满足条件在淀积温度下,反应剂必须具备足够高蒸汽压.除淀积物外,反应的其他产物必须是挥发性的.淀积物具有足够低的蒸汽压.薄膜淀积所用时间尽量短.淀积温度足够低化学反应的气态副产物不能进入薄膜中.化学反应发生在被加热的衬底表面. 3. CVD的激活能来源:热能、光能、等离子体、激光等.6.1.2 边界层理论 边界层1.定义:指速度受到扰动并按抛物线型变化、同时还存在反应剂浓度梯度的薄层.也称为附面层、滞流层等.2.厚度δ(x):从速度为零的硅片表面到气流速度为0.99Um时的区域厚度.3.形成机制:图6.3所示定义从气流遇到平板边界时为坐标原点,则有 δ(x)=(μx/ρU)1/2μ-气体的黏滞系数.ρ-气体的密度 边界层的平均厚度 Re―气体的雷诺数,表示流体运动中惯性效应与黏滞效应的比.无量纲数.Re2000,气流为平流型―反应室中沿各表面附近的气体流速足够慢.Re2000,为湍流. 6.1.3 Grove模型 CVD过程主要受两步工艺过程控制:①气相输运过程;

②表面化学反应过程.Grove模型认为控制薄膜淀积速率的两个重要环节:①反应剂在边界层的输运过程;

②反应剂在衬底表面上的化学反应过程.Grove模型的基本原理 图6.4 薄膜淀积过程存在两种极限情况:①hgks, Cs趋向于Cg,淀积速率受表面化学反应速率控制.反应剂数量:主气流输运到硅片表面的表面化学反应所需要的② hgks, Cs趋于0,淀积速率受质量输运速率控制.反应剂数量:表面化学反应所需要的主气流输运到硅片表面的 结论: 图6.51.淀积速率与下面两个量中的一个成正比:①反应剂的浓度Cg;

(没有使用稀释气体时适用)②在气相反应中反应剂的摩尔百分比Y.(使用稀释气体)低浓度区域,薄膜生长速率随Cg增加而加快.2.在Cg或Y为常数时,薄膜淀积速率由hg和ks中较小的一个决定. hgks G=(CTksY)/N1 hgks G=(CThgY)/N1 淀积速率与几个参数的关系: 1.淀积速率与温度的关系 如图6.6①低温情况下,表面化学反应速率控制 由ks= k0e-EA/Kt 淀积速率对温度的变化非常敏感.随温度的升高而成指数增加.②高温情况下,质量输运控制 hg依赖于气相参数,如气体流速和气体成份等. 其输运过程通过气相扩散完成. 扩散速度正比于扩散系数Dg及边界层内浓度梯度, Dg∝T1.5~2.0 淀积速率Dg基本不随温度变化而变化. 2.淀积速率与气流速率的关系 如图6.7条件:质量输运速率控制根据菲克第一定律和式6.5推导,得到 气流速率1.0L/min,淀积速率与主气流速度Um的平方根成正比.↑气流速率,可以↑淀积速率.气流速率持续↑,淀积速率达到一个极大值,与气流速率无关.气流速率大到一定程度,淀积速率转受表面化学反应速率控制,且与温度遵循指数关系. 总结 Grove模型是一个简化的模型:忽略了1.反应产物的流速;