影響CVD沉積層質(zhì)量的因素ppt課件

1、影響堆積層質(zhì)量的要素 質(zhì)量取決于： 堆積反響機理的內(nèi)在聯(lián)絡、反響條件、襯底、源物質(zhì)、載氣和反響器安裝等要素堆積層質(zhì)量主要表現(xiàn)： 化學組成及純度 晶格構(gòu)造完好性和 物理化學性能等影響堆積層質(zhì)量的要素 7.1 堆積參數(shù)對淀積層質(zhì)量的影響 7.1.1 反響混合物的供應 7.1.2 堆積溫度 7.1.3 襯底資料 7.1.4 系統(tǒng)內(nèi)總壓和氣體總流速 7.1.5 反響系統(tǒng)安裝的要素 7.1.6 源資料的純度7.1.1. 反響混合物的供應決議資料層質(zhì)量重要要素之一氣相堆積的必要條件：氣相過飽和度氣相物種的分壓決議了： 固相的成核和生長； 堆積速率和資料的構(gòu)造情況 最正確反響物分壓及相對比例需實驗選擇反響物

2、分壓過大，外表反響和成核過快，損害構(gòu)造的完善性，甚至導致多晶堆積；分壓過小，成核密度太小，不易得到均勻的外延層 反響物分壓之間的相互比例反響物分壓之間的相互比例決議堆積物的化學計量例如III-V族、IIVI族化合物半導體、Nb3Sn和Nb3Ge等超導資料，特別GaAs1-xPx、Ga1-xInxSb、AlxGa1-xAs等混晶資料，主要靠調(diào)整氣相反響物分壓比獲得所需化學組成的淀積物，構(gòu)成一定禁帶寬度和物理性能的資料。TMA-TMG-DEZn-H2Al0.3Ga0.7As/GaAs630氣相反響物分壓對堆積層純度的影響例Ga-AsCl3-H2流速的影響AsCl3-Ga-N2AsCl3流速載流子濃

3、度7.1.2 堆積溫度主要的工藝條件同一反響體系，在不同溫度下，堆積物形狀可以各異單晶、多晶、無定形物，甚至不淀積溫度影響堆積過程各步驟及它們的相互關(guān)系，對堆積物質(zhì)量影響的程度與堆積機制有關(guān)： 提高堆積溫度對外表過程速率影響更為顯著： 導致外表控制向質(zhì)量轉(zhuǎn)移控制轉(zhuǎn)化提高成晶粒子的遷移才干和能量外延層單晶性和外表形貌得到改善襯底溫度的影響在一樣的氣相分壓下，由于堆積溫度不同，固相組成相差懸殊。通常，在熱力學要素對堆積過程起控制造用的體系中，固相組成與氣相分壓、堆積溫度具有確定的對應關(guān)系，以致可以經(jīng)過熱力學計算定量預言這些要素。 堆積溫度對堆積物化學組成的影響堆積溫度影響 氣相過飽和度 和氣態(tài)物種

4、 的相對活性圖 6-1 GaAs-PCl3-H2系統(tǒng)中，GaAs1-xPx晶體薄膜的化學組成與堆積溫度，供氣速度的關(guān)系襯底溫度的影響自摻雜效應溫度升高：反響器構(gòu)造資料的雜質(zhì)污染程度提高。襯底資料雜質(zhì)的自摻雜效應：經(jīng)過氣相或界面分散異質(zhì)外延生長，因資料的熱失配構(gòu)成的熱應力呵斥的界面缺陷分散隨溫度升高而加劇。襯底溫度應該盡能夠的低： 防止自摻雜效應 降低界面層的熱失配堆積溫度影響實際闡明，堆積溫度對雜質(zhì)的摻入影響顯著；不同晶面，影響程度不同。例如在GaAs氣相外延中，堆積溫度對(100)面影響最大。載流子濃度隨溫度的變化跟堆積速率的趨向一樣，闡明溫度改動雜質(zhì)的堆積動力學。如下圖圖 GaAs外延層的

5、載流子濃度與堆積溫度的關(guān)系GaAsCl3H2系統(tǒng)降低堆積溫度新體系選擇Ga-AsCl3-N2系統(tǒng) 替代Ga-AsCl3-H2系統(tǒng)， 生長溫度降到 600650，其界面載流子 分布得到顯著改善。圖 GaAsCl3N2和GaAsCl3H2系統(tǒng)中，GaAs外延層的縱向載流子濃度分布堆積溫度的影響-AsCl3-Ga-N2載流子濃度遷移率堆積溫度的影響TMA-TMG=DEZn-H2Al0.3Ga0.7As/GaAsa(b)降低堆積溫度襯底溫度應該盡能夠的低，并準確控制堆積區(qū)溫度合理選擇反響體系目前，大規(guī)模集成電路工藝中，己廣泛采用以金屬有機化合物為源如Ga(CH3)3-AsH3-H2的所謂低溫(3005

6、00)化學氣相堆積技術(shù)，以替代舊有的高溫氧化、高溫分散等工藝。7.1.3 襯底資料的影響化學氣相堆積法制備無機薄膜資料，是在一種固態(tài)基體外表(襯底)上進展的。基體資料是影響堆積層質(zhì)量的關(guān)鍵要素。 襯底資料的選擇 襯底資料的影響 襯底晶面取向襯底資料的選擇 襯底資料的選擇： 異質(zhì)外延中對襯底資料的普通要求： (1)淀積溫度下，熱力學穩(wěn)定，不發(fā)生熱分解； (2)淀積溫度下，化學穩(wěn)定，不易受反響氣氛的侵蝕； (3)晶格類型和晶格常數(shù)盡能夠與外延資料相近； (4)熱膨脹系數(shù)盡能夠與外延資料的相近； (5)熱導性能好，可抗熱沖擊 (6)切、磨、拋、化學清洗等處置工藝易于進展； (7)本錢低，適于大量運用

7、。 襯底晶面取向襯底晶面取向 ：影響堆積速率，也嚴重影響堆積層質(zhì)量。晶面上原子的種類和密度、生長臺階排布的情況，影響成核和生長。晶面的極性，決議了從氣相中吸附雜質(zhì)的種類和相對數(shù)量。晶面取向嚴重影響外延層的純度和物理參量，如表中所列數(shù)據(jù)。晶面取向?qū)ν庋訉由L的影響襯底取向?qū)aAs外延層性能影響110100層厚um載流子濃度襯底晶面取向Si外延層形貌的影響SiHCl3-H2(111)(100)襯底外表情況與外表處置襯底資料外表處置的重要性外表附著物和各種機械損傷是假的活性成核中心，使外延層生長取向無序或呵斥嚴重的宏觀缺陷。外表處置： 切、磨、拋光、化學和超聲清洗 原位氣相化學腐蝕：消除機械熱應力

8、； 暴露晶體新穎外表。In Situ 氣相腐蝕001)Si/(1120)藍寶石,960C,HCl-H24X!0-10cm-22X!0-10cm-2In Situ 氣相腐蝕7.1.4系統(tǒng)內(nèi)總壓和氣體總流速系統(tǒng)內(nèi)總壓直接影響封管系統(tǒng)輸運速率，由此涉及生長層的質(zhì)量。常壓開管系統(tǒng)很少思索總壓力的影響；低壓CVD顯著改善堆積層的均勻性和附著性；TiN、Si、SiO2。氣體總流速：在開管氣流系統(tǒng)中，氣體總流速影響反響物向生長外表的輸運速率，以致改動過程的控制步驟。普通提高總流速，過程由質(zhì)量轉(zhuǎn)移控制向外表控制轉(zhuǎn)化，生長速率顯著提高。氣體總流速對資料純度的影響例如，In-PCl3-H2系統(tǒng)外延生長InP時，在

9、低流速下，生長層質(zhì)量高；從圖6-4可以看到：氣體流速增大一倍，載流子濃度增大 23倍。提高流速加快 氣相雜質(zhì)向 生長層的輸運圖 6-4 未摻雜InP外延層載流子濃度與氣體流速的關(guān)系InPCl3H2系統(tǒng)圖 6-4 未摻雜InP外延層載流子濃度與氣體流速的關(guān)系InPCl3H2系統(tǒng)7.1.5 反響系統(tǒng)安裝的要素 反響系統(tǒng)的密封性：系統(tǒng)必需嚴厲密封, 防止空氣中氧和水汽等向淀積系統(tǒng)滲漏，特別生長非氧化物資料。反響管的構(gòu)造方式：決議氣體的混合程度和均勻性，影響淀積速率和淀積層的均勻性。流膂力學的實際模型闡明氣流形狀規(guī)律，指點反響內(nèi)部構(gòu)造設計反響管及氣體管道的資料：反響容器的污染不容忽視。7.1. 6.源

10、資料的純度 器件質(zhì)量資料質(zhì)量源資料(包括載氣)的純度之間的關(guān)系高純元素，高純金屬有機化合物等的研制消費、提純技術(shù)和高純測試手段開展的重要性72 外表形貌和生長動力學 外表形貌： 生長外表的外觀特征及外表缺陷外表缺陷：宏觀缺陷：外表上的雜物、裂痕、多晶堆積等及成因一定取向晶面的特征形貌及生長面上的生長錐、凹坑等缺陷具有規(guī)律性，與生長過程及條件親密有關(guān)外延層外表形貌低指數(shù)取向的外延層外表： 能夠平整如鏡面較高指數(shù)的晶面： 易出現(xiàn)臺階狀、波浪狀、魚鱗狀和網(wǎng)格狀等特征形貌外延層外表形貌的周期性鍵鏈PBC模型：晶體是由最強的化學鍵結(jié)合起來的“鍵鏈 周期性反復構(gòu)成的周期性鍵鏈PBC模型F面平整光亮的外表：

11、平面(hkl)至少有兩條周期“鍵鏈，該平面內(nèi)的化學鍵最強。生長過程中傾向于首先發(fā)育成厚度為dhkl的片層，然后采取逐層生長方式，易獲得平整光亮的外表；S面階梯狀外表：僅與一條PBC平行的平面，其厚度為dhkl的薄層可以用F面的薄片堆積構(gòu)成階梯狀外表；K面：假設平面內(nèi)一條PBC也沒有，外表布滿坎坷，只含有吸附能等于晶格能一半的半晶位置，而無平臺和棱階。假想的立方晶體模型 FSK外表形貌與生長條件的關(guān)系如在GaAs的Ga-HCl-AsH3-H2系統(tǒng)氣相外延中，角錐(小丘)和凹坑外表缺陷的成因。角錐與灰塵、鎵滴或者Ga203淀積無直接的關(guān)系；與HCl流量有關(guān)。HCl量小于某值時出現(xiàn)凹坑，大于某值時出現(xiàn)角錐。即凹坑的出現(xiàn)能夠與淀積區(qū)的GaCl含量缺乏有關(guān)，而丘臺(角錐)的構(gòu)成是由于GaCl含量過多的緣由。增