加热方式：
❖ 电阻直接加热（热壁式和冷壁式） ❖ 电感加热或高能辐射灯加热（多为冷壁式）
常用的几种CVD系统
APCVD系统（Atmospheric Pressure CVD）
❖ 操作简单；较高的淀积速率；适于介质薄膜淀积； ❖ 易发生气相反应，产生颗粒污染；台阶覆盖性和均匀性较差；一
般是质量输运控制，需精确控制各处的反应剂浓度均匀； ❖ 水平式反应系统；连续式淀积系统。
LPCVD系统（Low Pressure CVD）
❖ 污染小；均匀性和台阶覆盖性较好；一般是表面反应控制，精确控 制温度比较容易；
❖ 气缺现象；较低的淀积速率；较高的淀积温度； ❖ 立式淀积系统；管式淀积系统。
PECVD系统（Plasma Enhanced CVD）
❖ 相对最低的淀积温度，最高的淀积速率；淀积的薄膜具 有良好的附着性、低针孔密度、良好的阶梯覆盖、良好 的电学特性、可以与精细图形转移工艺兼容；
X=0
X=L
U
y
? (x) x
dx
L
Grove模型
❖ F1=hg(Cg-Cs) ❖ F2=ksCs ❖ Cs=Cg/(1+ks/hg)
G F kshg Cg N1 ks hg N1
气体
薄膜
Cg Cs
❖ Ks<< hg时，表面反应控制： G= (Cg ks ) /N1
hg << Ks时，质量输运控制： G= (Cg hg ) /N1
§6.2 化学气相淀积系统
CVD系统通常包括： ❖ 气态源或液态源 ❖气体输入管道 ❖气体流量控制 ❖反应室 ❖ 基座加热及控制系统（其他激活方式） ❖ 温度控制及测量系统 ❖ 减压系统（可选）
CVD的气体源
❖ 气态源（SiH4）
许多气体有毒、易燃、腐蚀 性强。
❖ 液态源（TEOS，TetraEthyl-Oxy-Silane）
化学反应，将导致过早核化，降低薄膜的附着性和密度， 增加缺陷。
边界层理论
❖ 黏滞性流动：当气压较高时（平均自由程远小于反应室尺寸），
气体与固体间的摩擦力使紧贴固体表面的气流速度降为零，如果沿 气流方向没有速度梯度，而沿垂直气流方向的流速为抛物线型变化， 则称为泊松流。
❖ 边界层（附面层、滞流层）概念：当气体流过硅片表面时，
❖ 设备较复杂，影响因素多：温度、气流速度、压力、射 频功率等；可能的污染较多；
❖ 冷壁平行板；热壁平行板。
§6.3 CVD多晶硅的特性和淀积方法
❖ 多晶硅的性质
多晶硅=单晶硅颗粒（100nm数量级）+晶粒间界
相同掺杂浓度下，晶粒尺寸大的薄结构中的多晶硅栅；局部互连材料；多晶硅发射极
F1
F2
❖ 决定ks的主要因素：温度
ks＝k0exp(-EA/kT)
❖ 决定hg的主要因素：气体流速，气体成分，系统压力
hg=Dg/δs；
(x) x/U
所以为了保证统一的淀积速率，就必须： ❖ 对于表面反应控制，保持处处恒定的温度 ❖ 对于质量输运控制，保持处处恒定的反应剂浓度
淀积速率与温度的关系
浅槽隔离（STI）
侧墙掩蔽
§6.1 CVD模型
CVD的基本过程
❖ 反应剂在主气流中的输送； ❖ 反应剂从主气流中扩散通过边界层到达衬底表面； ❖ 反应剂在表面被吸附； ❖ 吸附的反应剂在表面发生反应，淀积成膜； ❖ 反应的副产物和未反应剂离开衬底表面，排除。
主气流区
反应室
气流入口
边界层
气流出口
CVD的基本概念
化学气相淀积（Chemical Vapor Deposition）： ——把含有构成薄膜元素的气态反应剂或者液态反应剂的 蒸气，以合理的流速引入反应室，并以某种方式激活后 在衬底表面发生化学反应并在淀积成膜的一种方法。
CVD氧化膜与热生长氧化膜
CVD的工艺特点
❖ CVD成膜温度远低于衬底的熔点或软点，减轻了对衬 底的热形变，减少了沾污，抑制了缺陷的生成，减轻 了杂质的再分布，适合于制造浅结分离器件及VLSI电 路，而且设备简单，重复性好；
硅片 基座及加热装置
能用于CVD的化学反应必须满足的条件
❖ 淀积温度下，反应剂必须具备足够高的蒸气压； ❖ 除淀积物外，反应的其他产物必须是挥发性的； ❖ 淀积物本身必须具有足够低的蒸气压； ❖ 化学反应速率必须足够快以缩短淀积时间； ❖ 淀积温度必须足够低以避免对先前工艺产生影响； ❖ 化学反应应该发生在被加热的衬底表面，如果在气相发生
存在着一个速度受到扰动并按抛物线型变化，同时还存在反应剂浓 度梯度的薄层被称为边界层，也称为附面层、滞流层。
❖ 边界层厚度：
(x) x/U
气流
2L/(3 Re)
❖ 雷诺数：
Re= ρUL / μ
雷诺数表示流体运动中惯性效应与粘滞 效应的比值，Re较低时，气流为平流 型，Re较大时，气流为湍流型
平流层 边界层
液体气压低，危险性小，运 输方便，淀积的薄膜特性好。
❖ 冒泡法（温度） ❖加热液态源 ❖ 液态源直接注入法
冒泡法液态源
CVD中常采用的源
CVD反应室热源
CVD反应室热源：
❖ 热壁式：Tw=Ts，气流稳定，结构简单，侧壁淀积严重； ❖ 冷壁式： Tw<Ts，侧壁淀积少，降低了颗粒剥离的污染，
减少了反应剂的损耗
❖ 化学气相淀积多晶硅
热壁式LPCVD：
SiH4(吸附)
580~650℃ 分解
Si(固)+2H2(气)
❖ 淀积条件对多晶硅结构及淀积速率的影响
淀积温度、压力、掺杂类型、热处理
§6.4 CVD二氧化硅的特性和淀积方法
❖ 低温CVD SiO2 （300~450℃）
1）硅烷为源的低温CVD SiO2
SiH4（气）+O2（气） SiO2（固） +2H2（气） （APCVD）
❖ 薄膜的成分精确可控，配比范围大； ❖ 淀积速率一般高于PVD，厚度范围广，由几百埃到数
毫米，且能大量生产； ❖ 淀积薄膜结构完整，致密，与衬底粘附性好，且台阶
覆盖性能较好； ❖ 薄膜纯度较差，一般用于制备介质膜。
CVD薄膜的应用
❖ 浅槽隔离（STI，USG） ❖ 侧墙掩蔽（Sidewall, USG） ❖ 前金属化介质层（PMD，PSG、BPSG） ❖ 金属间介质层（IMD，USG、FSG） ❖ 钝化保护层（PD，Oxide/Nitride） ❖ 抗反射涂层（ARC，SiON）