科学出版社：《半导体材料》课程教学资源（PPT课件）第七章 三五族化合物半导体

外延生长 外延是在单晶上生长一层同质或异质的薄膜层

外延生长 外延是在单晶上生长一层同质或异质的薄膜层

薄膜制备技术 冷1.物理气相沉积( Physical Vapor Deposition, PVD) 冷2.化学气相沉积( Chemical Vapor Deposition, CVD) 3.氧化法(高压氧化法) 4.电镀法 5.涂敷、沉淀法

薄膜制备技术 ❖ 1．物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD） ❖ 2．化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD） ❖ 3．氧化法（高压氧化法） ❖ 4．电镀法 ❖ 5．涂敷、沉淀法

经过数十年的发展,CVD已经成为半导体生 产过程中最重要的薄膜沉积方法。PVD的应用 大都局限在金属膜的沉积上;而CVD几乎所有 的半导体元件所需要的薄膜,不论是导体, 半导体,或者介电材料,都可以沉积 在目前的ⅥS及USI生产过程中,除 了某些材料还在用溅镀法之外,如铝硅铜合 金及钛等,所有其他的薄膜均用CVD法来沉积

❖ 经过数十年的发展，CVD已经成为半导体生 产过程中最重要的薄膜沉积方法。PVD的应用 大都局限在金属膜的沉积上；而CVD几乎所有 的半导体元件所需要的薄膜，不论是导体， 半导体，或者介电材料，都可以沉积。 在目前的VLSI及ULSI生产过程中，除 了某些材料还在用溅镀法之外，如铝硅铜合 金及钛等，所有其他的薄膜均用CVD法来沉积

物理气相淀积(PVD) 蒸发:在真空系统中,金属原子获得足够的 能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽 原子,淀积在晶片上。按照能量来源的不同, 有灯丝加热蒸发和电子東蒸发两种 令溅射:真空系统中充入惰性气体,在高压电 场作用下,气体放电形成的离子被强电场加 速,轰击靶材料,使靶原子逸出并被溅射到 晶片上

物理气相淀积(PVD) ❖ 蒸发：在真空系统中，金属原子获得足够的 能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽 原子，淀积在晶片上。按照能量来源的不同， 有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种 ❖ 溅射：真空系统中充入惰性气体，在高压电 场作用下，气体放电形成的离子被强电场加 速，轰击靶材料，使靶原子逸出并被溅射到 晶片上

化学气相沉积(CVD) 化学气相沉积(CVD)也称为气相外延 Vapor-phase epitaxy, VPE) 是通过气体化合物间的化学作用而形成外延层的工艺,CVD工 艺包括 常压化学汽相淀积( APCVD)( Atmospheric pressure CVD) 低压化学汽相淀积 LPCVD) 令等离子增强化学汽相淀积( PECVD)( Plasma Enhanced cVD) 金属有机化学气相沉积( MOCVD) 令激光化学气相沉积等

化学气相沉积（CVD）也称为气相外延 （Vapor－phase epitaxy，VPE）， 是通过气体化合物间的化学作用而形成外延层的工艺，CVD工 艺包括 ❖ 常压化学汽相淀积(APCVD)(Atmospheric pressure CVD) ❖ 低压化学汽相淀积(LPCVD) ❖ 等离子增强化学汽相淀积(PECVD)(Plasma Enhanced CVD) ❖ 金属有机化学气相沉积（MOCVD） ❖ 激光化学气相沉积等 化学气相沉积（CVD）

CV法的基本原理和过程 化学气相沉积是利用气态物质在一固体材料表面上进行化学反应,生成固态 沉积物的过程。CVD在本质上是一种材料的合成过程,其主要步骤有: (1)反应剂被携带气体进入反应器后,在基体材料表面附近形成边界后,然 后在主气流中的反应剂越过边界扩散型材料表面。 (2)反应剂被吸附在基体材料表面,并进行化学反应。 (3)化学反应生成的固态物质,即所需要的沉积物,在基体材料表面成核, 生长成薄膜。 (4)反应后的气相产物离开基体材料表面,扩散回边界层,并随输运气体排 出反应室。 反气棒入 加热器 長应室 尾气出口 ÷ 村架和衬底 图511化学气相沉积法原理示意图

CVD法的基本原理和过程 化学气相沉积是利用气态物质在一固体材料表面上进行化学反应，生成固态 沉积物的过程。CVD在本质上是一种材料的合成过程，其主要步骤有： （1）反应剂被携带气体进入反应器后，在基体材料表面附近形成边界后，然 后在主气流中的反应剂越过边界扩散型材料表面。 （2）反应剂被吸附在基体材料表面，并进行化学反应。 （3）化学反应生成的固态物质，即所需要的沉积物，在基体材料表面成核， 生长成薄膜。 （4）反应后的气相产物离开基体材料表面，扩散回边界层，并随输运气体排 出反应室

cVD工艺特点: (1)cvD成膜温度远低于体材料的熔点。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; (3)淀积速率一般高于PVD(如蒸发、溅射等) (4)淀积膜结构完整、致密,与衬底粘附性好 (5)极佳的覆盖能力

CVD工艺特点： （1）CVD成膜温度远低于体材料的熔点。 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； （3）淀积速率一般高于PVD（如蒸发、溅射等） （4）淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好。 （5）极佳的覆盖能力

表示:CVD形成薄膜时所利用的化学反应及其在IC中的功能 淀积物名称」利用的化学反应 用途 SiO 4 扩散或离子注入掩膜、多层布 SIH4+ 20 S102+2H2o 线介质、 MOSIC的场氧化增厚层、 sCH2+210k2+2N2+2HC湿法腐蚀s3N4的掩膜、固态掺杂 75c (PSG Si(OC:2H94Si02+2H,0+CXHy BSC) C (2PH2+4022O3+3H2O) (B2Hk+30 祁22+3H2O poly-SISiHa C 浅结器件的欧姆接触材料、 i+2H2 Ms管栅极及互连。 SiN4 ngoc 等平面氧化掩膜、Mos管栅 3S1H,+4N 加N,+12H 价质。如采用等离子体cvD,其 反应温度<350%,可作最后钝化 膜用。 M TO-1000'c 2M.C1 +5H →2M+10HC1 Mos管栅极才料及互连线。 Mos管栅极才料及互连线。 WF6+3H2-*+6HF

MOCVD 它是利用金属有机物为原料,在单晶衬底上外延生长各种 器件结构材料,如太阳能电池,半导体激光器,发光管, 各种微电子器件,探测器等材料 它能生长高质量的具有原子层或近于原子层的突变界面, 是分子束外延的竟争者

MOCVD 它是利用金属有机物为原料，在单晶衬底上外延生长各种 器件结构材料，如太阳能电池，半导体激光器，发光管， 各种微电子器件，探测器等材料 它能生长高质量的具有原子层或近于原子层的突变界面， 是分子束外延的竟争者

冷金属有机化学汽相淀积(M0CVD)是在汽相外延生 长(VPE)的基础上发展起来的一种新型汽相外延 生长技术。它采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和 V族元素的氢化物等作为晶体生长原料,以热分解 反应方式在衬底上进行汽相外延,生长各种Ⅲ-V 族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体 的薄膜层单晶材料。MCⅦ是在常压或低压 (≈10kPa)下于通H2的冷壁石英反应器中进行, 衬底温度为600-800℃,用射频加热石墨支架,H2气 通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长 区。一般的M0CⅦ设备都由源供给系统、气体输运 和流量控制系统、反应室及温度控制系统、尾气处 理和安全防护及毒气报警系统构成

❖ 金属有机化学汽相淀积（MOCVD）是在汽相外延生 长（VPE）的基础上发展起来的一种新型汽相外延 生长技术。它采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和 Ⅴ族元素的氢化物等作为晶体生长原料，以热分解 反应方式在衬底上进行汽相外延，生长各种Ⅲ-Ⅴ 族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体 的薄膜层单晶材料。MOCVD是在常压或低压 （≈10kPa）下于通H2的冷壁石英反应器中进行， 衬底温度为600-800℃，用射频加热石墨支架，H2气 通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长 区。一般的MOCVD设备都由源供给系统、气体输运 和流量控制系统、反应室及温度控制系统、尾气处 理和安全防护及毒气报警系统构成