薄膜淀积工艺上要点ppt课件

第五章第五章 薄膜淀积工艺薄膜淀积工艺（上）（上）薄膜淀积（薄膜淀积（Thin Film DepositionThin Film Deposition）工艺工艺 概述概述概述概述 真空技术与等离子体简介真空技术与等离子体简介真空技术与等离子体简介真空技术与等离子体简介 (第第第第1010章章章章)化学气相淀积工艺化学气相淀积工艺化学气相淀积工艺化学气相淀积工艺 (第第第第1313章章章章)物理气相淀积工艺物理气相淀积工艺物理气相淀积工艺物理气相淀积工艺 (第第第第1212章章章章)小结小结小结小结参考资料：参考资料：参考资料：参考资料：微电子制造科学原理与工程技术微电子制造科学原理与工程技术微电子制造科学原理与工程技术微电子制造科学原理与工程技术第第第第1010、1212、1313章章章章（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）一、概述一、概述薄膜淀积工艺是薄膜淀积工艺是薄膜淀积工艺是薄膜淀积工艺是ICIC制造中的重要组成部分：在硅表制造中的重要组成部分：在硅表制造中的重要组成部分：在硅表制造中的重要组成部分：在硅表面以上的器件结构层绝大部分是由面以上的器件结构层绝大部分是由面以上的器件结构层绝大部分是由面以上的器件结构层绝大部分是由淀积工艺淀积工艺淀积工艺淀积工艺形成的。形成的。形成的。形成的。1 1 1 1、薄膜淀积工艺的、薄膜淀积工艺的、薄膜淀积工艺的、薄膜淀积工艺的应用应用应用应用2 2 2 2、薄膜淀积工艺一般可分为两类：、薄膜淀积工艺一般可分为两类：、薄膜淀积工艺一般可分为两类：、薄膜淀积工艺一般可分为两类：(1)(1)(1)(1)化学气相淀积化学气相淀积化学气相淀积化学气相淀积（C Chemical hemical V Vapor apor D Depositioneposition）：）：）：）：利用化利用化利用化利用化 学反应生成所需薄膜材料，常用于各种学反应生成所需薄膜材料，常用于各种学反应生成所需薄膜材料，常用于各种学反应生成所需薄膜材料，常用于各种介质材料介质材料介质材料介质材料和和和和半导半导半导半导 体材料体材料体材料体材料的淀积，的淀积，的淀积，的淀积，如二氧化硅、多晶硅、氮化硅如二氧化硅、多晶硅、氮化硅如二氧化硅、多晶硅、氮化硅如二氧化硅、多晶硅、氮化硅等。等。等。等。(2)(2)(2)(2)物理气相淀积物理气相淀积物理气相淀积物理气相淀积（P Physical hysical V Vapor apor D Depositioneposition）：）：）：）：利用物理利用物理利用物理利用物理 机制制备所需薄膜材料，常用于机制制备所需薄膜材料，常用于机制制备所需薄膜材料，常用于机制制备所需薄膜材料，常用于金属薄膜金属薄膜金属薄膜金属薄膜的制备淀积，的制备淀积，的制备淀积，的制备淀积，如如如如铝、钨、钛铝、钨、钛铝、钨、钛铝、钨、钛等。等。等。等。(3)(3)(3)(3)其他的淀积技术其他的淀积技术其他的淀积技术其他的淀积技术还包括：还包括：还包括：还包括：旋转涂布法旋转涂布法旋转涂布法旋转涂布法、电解电镀法电解电镀法电解电镀法电解电镀法等等等等SOGSOG（Spin on GlassSpin on Glass）金属金属金属金属CuCu的淀积的淀积的淀积的淀积3 3 3 3、评价薄膜淀积工艺的、评价薄膜淀积工艺的、评价薄膜淀积工艺的、评价薄膜淀积工艺的主要指标主要指标主要指标主要指标：(1)(1)(1)(1)薄膜质量：薄膜质量：薄膜质量：薄膜质量：组分、污染、缺陷密度、机械性能和电学性能组分、污染、缺陷密度、机械性能和电学性能组分、污染、缺陷密度、机械性能和电学性能组分、污染、缺陷密度、机械性能和电学性能(2)(2)(2)(2)薄膜厚度及其均匀性：薄膜厚度及其均匀性：薄膜厚度及其均匀性：薄膜厚度及其均匀性：表面形貌和表面形貌和表面形貌和表面形貌和台阶覆盖能力台阶覆盖能力台阶覆盖能力台阶覆盖能力(3)(3)(3)(3)薄膜的间隙填充薄膜的间隙填充薄膜的间隙填充薄膜的间隙填充（Gap FillingGap Filling）能力能力能力能力深宽比深宽比深宽比深宽比（Aspect RatioAspect Ratio）：）：）：）：1 1、气体分子的质量输运机制：气体分子的质量输运机制：气体分子的质量输运机制：气体分子的质量输运机制：低压低压低压低压CVDCVD2 2、等离子体产生机制：等离子体产生机制：等离子体产生机制：等离子体产生机制：溅射、等离子体增强溅射、等离子体增强溅射、等离子体增强溅射、等离子体增强CVDCVD、反应反应反应反应 离子刻蚀等离子刻蚀等离子刻蚀等离子刻蚀等3 3、无污染的加工环境：无污染的加工环境：无污染的加工环境：无污染的加工环境：蒸发、分子束外延蒸发、分子束外延蒸发、分子束外延蒸发、分子束外延4 4、气体分子的长自由程输运：气体分子的长自由程输运：气体分子的长自由程输运：气体分子的长自由程输运：离子注入离子注入离子注入离子注入二、真空技术和等离子体简介二、真空技术和等离子体简介（一）（一）微电子制造涉及的真空技术微电子制造涉及的真空技术1 1、标准环境条件：、标准环境条件：、标准环境条件：、标准环境条件：温度为温度为温度为温度为2020，相对湿度为，相对湿度为，相对湿度为，相对湿度为65%65%，大气压强，大气压强，大气压强，大气压强 为：为：为：为：101325 101325 Pa=1013.25 mbar=760Pa=1013.25 mbar=760 Torr Torr2 2、压强单位：压强单位：压强单位：压强单位：帕斯卡（帕斯卡（帕斯卡（帕斯卡（PaPa）：国际单位制压强单位，国际单位制压强单位，国际单位制压强单位，国际单位制压强单位，1 1Pa=1 N/mPa=1 N/m2 2 标准大气压（标准大气压（标准大气压（标准大气压（atmatm）：压强单位，压强单位，压强单位，压强单位，1 1 atmatm=101325 Pa=101325 Pa 乇（乇（乇（乇（TorrTorr）：压强单位，压强单位，压强单位，压强单位，1 1 TorrTorr=1/760=1/760 atm atm，1 1 Torr Torr=1 mmHg=1 mmHg 毫巴（毫巴（毫巴（毫巴（mbarmbar）：压强单位，压强单位，压强单位，压强单位，1 1 mbar=102 Pambar=102 Pa 其他常用压强单位还有：其他常用压强单位还有：其他常用压强单位还有：其他常用压强单位还有：PSIPSI（磅磅磅磅/平方英寸）平方英寸）平方英寸）平方英寸）（二）真空（二）真空基础知识基础知识3 3、气体动力学理论推导的几个公式：、气体动力学理论推导的几个公式：、气体动力学理论推导的几个公式：、气体动力学理论推导的几个公式：注意：这些公式只在注意：这些公式只在注意：这些公式只在注意：这些公式只在 T TWW 从左边入口通入从左边入口通入从左边入口通入从左边入口通入硅烷硅烷硅烷硅烷（SiHSiH4 4）和和和和氢气氢气氢气氢气（HH2 2），硅烷分解生成硅烷分解生成硅烷分解生成硅烷分解生成 多晶硅，多晶硅，多晶硅，多晶硅，HH2 2用做用做用做用做稀释剂稀释剂稀释剂稀释剂（硅烷占总进气量的（硅烷占总进气量的（硅烷占总进气量的（硅烷占总进气量的1 1）气体气体气体气体在进入反应腔时，在进入反应腔时，在进入反应腔时，在进入反应腔时，温度与管道壁温度与管道壁温度与管道壁温度与管道壁相同相同相同相同 反应生成物和未反应的气体反应生成物和未反应的气体反应生成物和未反应的气体反应生成物和未反应的气体 从右边出口流出从右边出口流出从右边出口流出从右边出口流出 腔体中腔体中腔体中腔体中气流足够慢气流足够慢气流足够慢气流足够慢，反应腔，反应腔，反应腔，反应腔 压强是均匀压强是均匀压强是均匀压强是均匀的的的的2 2 2 2、SiSiSiSi CVDCVDCVDCVD反应器反应器反应器反应器中发生的中发生的中发生的中发生的总反应总反应总反应总反应：其中，其中，其中，其中，g g 代表代表代表代表气态气态气态气态物质，物质，物质，物质，s s 代表代表代表代表固态固态固态固态物质。物质。物质。物质。(1)(1)(1)(1)当反应是在腔内气体中当反应是在腔内气体中当反应是在腔内气体中当反应是在腔内气体中自发发生自发发生自发发生自发发生（与位置无关）（与位置无关）（与位置无关）（与位置无关）时，称该时，称该时，称该时，称该 反应为反应为反应为反应为同质过程同质过程同质过程同质过程（Homogeneous ProcessHomogeneous Process）气体中存在大量固体硅颗粒气体中存在大量固体硅颗粒气体中存在大量固体硅颗粒气体中存在大量固体硅颗粒，导致淀积层表面形态和均匀性差，导致淀积层表面形态和均匀性差，导致淀积层表面形态和均匀性差，导致淀积层表面形态和均匀性差(2)(2)(2)(2)当反应仅在当反应仅在当反应仅在当反应仅在硅片表面硅片表面硅片表面硅片表面处发生并形成固体时，称该反应为处发生并形成固体时，称该反应为处发生并形成固体时，称该反应为处发生并形成固体时，称该反应为异质异质异质异质 过程过程过程过程（Heterogeneous ProcessHeterogeneous Process）在在在在SiSi CVD CVD系统中，发生的系统中，发生的系统中，发生的系统中，发生的同质反应同质反应同质反应同质反应是：是：是：是：在在在在SiSi CVD CVD系统中，发生的系统中，发生的系统中，发生的系统中，发生的异质反应异质反应异质反应异质反应是：是：是：是：图图图图13.3 13.3 SiSi CVD CVD过程中硅片表面模型过程中硅片表面模型过程中硅片表面模型过程中硅片表面模型淀积均匀性提高淀积均匀性提高淀积均匀性提高淀积均匀性提高分子被吸附在硅片表面后发生化学反应，形成硅原子并释放出氢：分子被吸附在硅片表面后发生化学反应，形成硅原子并释放出氢：分子被吸附在硅片表面后发生化学反应，形成硅原子并释放出氢：分子被吸附在硅片表面后发生化学反应，形成硅原子并释放出氢：吸附过程吸附过程吸附过程吸附过程a a 代表被吸附的物质代表被吸附的物质代表被吸附的物质代表被吸附的物质表面总反应表面总反应表面总反应表面总反应 吸附在硅表面的吸附在硅表面的吸附在硅表面的吸附在硅表面的HH2 2被被被被解吸附解吸附解吸附解吸附，留下，留下，留下，留下 空位，使空位，使空位，使空位，使反应反应反应反应可可可可继续继续继续继续进行。进行。进行。进行。被吸附的被吸附的被吸附的被吸附的SiHSiH2 2在硅片表面在硅片表面在硅片表面在硅片表面扩散扩散扩散扩散，直，直，直，直 到找到空位成键。到找到空位成键。到找到空位成键。到找到空位成键。表面扩散长度长时，淀积均匀表面扩散长度长时，淀积均匀表面扩散长度长时，淀积均匀表面扩散长度长时，淀积均匀；表；表；表；表 面扩散长度短时，淀积不均匀。面扩散长度短时，淀积不均匀。面扩散长度短时，淀积不均匀。面扩散长度短时，淀积不均匀。温度上升，扩散长度提高温度上升，扩散长度提高温度上升，扩散长度提高温度上升，扩散长度提高3 3 3 3、一个典型的、一个典型的、一个典型的、一个典型的SiSiSiSi CVDCVDCVDCVD工艺可分为以下几个工艺可分为以下几个工艺可分为以下几个工艺可分为以下几个步骤步骤步骤步骤：(1)(1)反应反应反应反应气体气体气体气体从腔体入口向硅片附近的从腔体入口向硅片附近的从腔体入口向硅片附近的从腔体入口向硅片附近的输运输运输运输运(2)(2)气体反应气体反应气体反应气体反应产生中间物质分子产生中间物质分子产生中间物质分子产生中间物质分子：(3)(3)中间反应物中间反应物中间反应物中间反应物SiHSiH2 2输运到硅片表面输运到硅片表面输运到硅片表面输运到硅片表面（吸附）（吸附）（吸附）（吸附）(4)(4)表面表面表面表面反应释放出反应释放出反应释放出反应释放出反应产物反应产物反应产物反应产物并淀积到硅片表面并淀积到硅片表面并淀积到硅片表面并淀积到硅片表面(5)(5)气体副产物气体副产物气体副产物气体副产物从硅片表面从硅片表面从硅片表面从硅片表面被释放被释放被释放被释放（解吸附）（解吸附）（解吸附）（解吸附）(6)(6)副产物副产物副产物副产物离开硅片表面的离开硅片表面的离开硅片表面的离开硅片表面的输运输运输运输运(7)(7)副产物副产物副产物副产物离开反应器的离开反应器的离开反应器的离开反应器的输运输运输运输运最慢的步骤最慢的步骤最慢的步骤最慢的步骤决定了淀积薄膜的决定了淀积薄膜的决定了淀积薄膜的决定了淀积薄膜的速率速率速率速率关键问题涉及到：关键问题涉及到：关键问题涉及到：关键问题涉及到：1 1、反应腔内的、反应腔内的、反应腔内的、反应腔内的气体流动气体流动气体流动气体流动2 2、反应腔内的、反应腔内的、反应腔内的、反应腔内的化学反应化学反应化学反应化学反应4 4 4 4、反应腔内的、反应腔内的、反应腔内的、反应腔内的化学反应化学反应化学反应化学反应：(1)(1)(1)(1)假设假设假设假设:在小的体积元内在小的体积元内在小的体积元内在小的体积元内温度和气体化学组分是均匀温度和气体化学组分是均匀温度和气体化学组分是均匀温度和气体化学组分是均匀的，的，的，的，且只进行一种反应，如：且只进行一种反应，如：且只进行一种反应，如：且只进行一种反应，如：(2)(2)(2)(2)化学平衡时，化学平衡时，化学平衡时，化学平衡时，每种物质的浓度维持固定不变每种物质的浓度维持固定不变每种物质的浓度维持固定不变每种物质的浓度维持固定不变P P为其下标物质的为其下标物质的为其下标物质的为其下标物质的分压强分压强分压强分压强，方程，方程，方程，方程式中式中式中式中HH的系数为的系数为的系数为的系数为2 2，故取，故取，故取，故取平方平方平方平方。a.a.K KP P(T)(T)取决于温度，取决于温度，取决于温度，取决于温度，其中其中其中其中 G G为反应中吉布斯自由能的变化。为反应中吉布斯自由能的变化。为反应中吉布斯自由能的变化。为反应中吉布斯自由能的变化。b.b.K KP P(T)(T)与气体压力无关。与气体压力无关。与气体压力无关。与气体压力无关。化学平衡化学平衡化学平衡化学平衡与与与与质量作用定律质量作用定律质量作用定律质量作用定律(3)(3)(3)(3)反应平衡常数反应平衡常数反应平衡常数反应平衡常数(质量作用定律质量作用定律质量作用定律质量作用定律)定义定义定义定义为：为：为：为：说明假设假设假设假设K KP P(T)(T)是已知是已知是已知是已知的，此时三个分压强都未知而只有的，此时三个分压强都未知而只有的，此时三个分压强都未知而只有的，此时三个分压强都未知而只有一个方程式一个方程式一个方程式一个方程式：通常，通常，通常，通常，反应器的总压强是已知反应器的总压强是已知反应器的总压强是已知反应器的总压强是已知的，因此可以有的，因此可以有的，因此可以有的，因此可以有第二个方程式第二个方程式第二个方程式第二个方程式：由于由于由于由于HH2 2无消耗无消耗无消耗无消耗，故，故，故，故 P PHH2 2=0.99P=0.99P（入口分压强）入口分压强）入口分压强）入口分压强）再根据入口气流与再根据入口气流与再根据入口气流与再根据入口气流与SiSi/H/H的关系式，可推导出的关系式，可推导出的关系式，可推导出的关系式，可推导出第三个方程式第三个方程式第三个方程式第三个方程式：其中，气流量被认为是已知的。其中，气流量被认为是已知的。其中，气流量被认为是已知的。其中，气流量被认为是已知的。至此，可根据三个方程式求出三种物质的分压强。至此，可根据三个方程式求出三种物质的分压强。至此，可根据三个方程式求出三种物质的分压强。至此，可根据三个方程式求出三种物质的分压强。CVDCVD过程从气相中消耗硅，因此过程从气相中消耗硅，因此过程从气相中消耗硅，因此过程从气相中消耗硅，因此硅的分压强并非只与入口硅的分压强并非只与入口硅的分压强并非只与入口硅的分压强并非只与入口 气流有关气流有关气流有关气流有关；要考虑含硅的气相分子流量变化情况；要考虑含硅的气相分子流量变化情况；要考虑含硅的气相分子流量变化情况；要考虑含硅的气相分子流量变化情况（扩散）（扩散）（扩散）（扩散）可能发生多种化学反应过程可能发生多种化学反应过程可能发生多种化学反应过程可能发生多种化学反应过程，如：，如：，如：，如：至此的讨论都建立在至此的讨论都建立在至此的讨论都建立在至此的讨论都建立在化学平衡化学平衡化学平衡化学平衡近似的基础上，近似的基础上，近似的基础上，近似的基础上，实际实际实际实际CVDCVD中的情况如何呢？中的情况如何呢？中的情况如何呢？中的情况如何呢？在实际的淀积工艺中，平衡分压强的求解：在实际的淀积工艺中，平衡分压强的求解：在实际的淀积工艺中，平衡分压强的求解：在实际的淀积工艺中，平衡分压强的求解：要求解平衡分压强，必须考虑每种反应式的反应平衡常数。要求解平衡分压强，必须考虑每种反应式的反应平衡常数。要求解平衡分压强，必须考虑每种反应式的反应平衡常数。要求解平衡分压强，必须考虑每种反应式的反应平衡常数。补充注意(1)(1)(1)(1)当当当当反应腔压力降低时反应腔压力降低时反应腔压力降低时反应腔压力降低时，反应物分子的，反应物分子的，反应物分子的，反应物分子的平均自由程增加平均自由程增加平均自由程增加平均自由程增加，造成：，造成：，造成：，造成：各种气相物质之间没有足够的碰撞机会，使其各种气相物质之间没有足够的碰撞机会，使其各种气相物质之间没有足够的碰撞机会，使其各种气相物质之间没有足够的碰撞机会，使其不能达到不能达到不能达到不能达到热平热平热平热平 衡和化学平衡衡和化学平衡衡和化学平衡衡和化学平衡；具有不同能量（具有不同能量（具有不同能量（具有不同能量（MaxwellMaxwell分布）的气相分子之间没有足够的分布）的气相分子之间没有足够的分布）的气相分子之间没有足够的分布）的气相分子之间没有足够的 碰撞次数，也无法达到化学平衡。碰撞次数，也无法达到化学平衡。碰撞次数，也无法达到化学平衡。碰撞次数，也无法达到化学平衡。在实际的在实际的在实际的在实际的CVDCVD工艺中，一般认为：工艺中，一般认为：工艺中，一般认为：工艺中，一般认为：低压低压低压低压CVDCVD工艺工艺工艺工艺是是是是受动力学控制的过程受动力学控制的过程受动力学控制的过程受动力学控制的过程 常压常压常压常压CVDCVD是是是是化学平衡过程化学平衡过程化学平衡过程化学平衡过程“反应腔特征长度远大于气体分子的平均自由程反应腔特征长度远大于气体分子的平均自由程反应腔特征长度远大于气体分子的平均自由程反应腔特征长度远大于气体分子的平均自由程”是一个必要的前提条件。是一个必要的前提条件。是一个必要的前提条件。是一个必要的前提条件。不能达到化学平衡的过程被称为不能达到化学平衡的过程被称为不能达到化学平衡的过程被称为不能达到化学平衡的过程被称为“动力学控制过程动力学控制过程动力学控制过程动力学控制过程”(2)(2)(2)(2)对于对于对于对于动力学控制过程动力学控制过程动力学控制过程动力学控制过程，SiSi CVD CVD的反应式可改写为：的反应式可改写为：的反应式可改写为：的反应式可改写为：其中，其中，其中，其中，KKf f和和和和KKr r分别代表分别代表分别代表分别代表正向正向正向正向反应和反应和反应和反应和逆向逆向逆向逆向反应的反应的反应的反应的速率系数速率系数速率系数速率系数。反应物质反应物质反应物质反应物质浓度浓度浓度浓度（分压强）（分压强）（分压强）（分压强）随时间的变化率随时间的变化率随时间的变化率随时间的变化率与各反应速率系与各反应速率系与各反应速率系与各反应速率系数有关，数有关，数有关，数有关，对于实际的对于实际的对于实际的对于实际的CVDCVD系统，可能涉及到数十种反应物质和上百系统，可能涉及到数十种反应物质和上百系统，可能涉及到数十种反应物质和上百系统，可能涉及到数十种反应物质和上百种化学反应，因此定量的处理过程是非常困难的，因此种化学反应，因此定量的处理过程是非常困难的，因此种化学反应，因此定量的处理过程是非常困难的，因此种化学反应，因此定量的处理过程是非常困难的，因此一般一般一般一般做定性处理做定性处理做定性处理做定性处理即可。即可。即可。即可。另外，还应考虑浓度梯度引起的另外，还应考虑浓度梯度引起的另外，还应考虑浓度梯度引起的另外，还应考虑浓度梯度引起的物质扩散物质扩散物质扩散物质扩散等问题。等问题。等问题。等问题。图图图图13.4 13.4 气流在管形反应器中的展开气流在管形反应器中的展开气流在管形反应器中的展开气流在管形反应器中的展开气体流动决定了气体流动决定了气体流动决定了气体流动决定了化学物质的输运化学物质的输运化学物质的输运化学物质的输运和和和和气体的温度分布气体的温度分布气体的温度分布气体的温度分布 气体是气体是气体是气体是黏性流黏性流黏性流黏性流，且，且，且，且不可压缩不可压缩不可压缩不可压缩。气流在气流在气流在气流在腔体表面的速度为零腔体表面的速度为零腔体表面的速度为零腔体表面的速度为零。（1 1 1 1）对）对）对）对CVDCVD系统中气流的几个假设：系统中气流的几个假设：系统中气流的几个假设：系统中气流的几个假设：层流层流层流层流对于一个对于一个对于一个对于一个表面温度固定表面温度固定表面温度固定表面温度固定的的的的圆形管道圆形管道圆形管道圆形管道，假设气体以，假设气体以，假设气体以，假设气体以匀速匀速匀速匀速从管道左端从管道左端从管道左端从管道左端流入，则在流入，则在流入，则在流入，则在Z Zv v 距离内，气流将展开为距离内，气流将展开为距离内，气流将展开为距离内，气流将展开为完全的管道流完全的管道流完全的管道流完全的管道流（抛物线形）（抛物线形）（抛物线形）（抛物线形）5 5 5 5、反应腔内的气体流动：气体流动动力学反应腔内的气体流动：气体流动动力学反应腔内的气体流动：气体流动动力学反应腔内的气体流动：气体流动动力学（2 2 2 2）推导：）推导：）推导：）推导：展开距离为：展开距离为：展开距离为：展开距离为：其中，其中，其中，其中，a a是是是是管道半径管道半径管道半径管道半径，ReRe是无量纲的是无量纲的是无量纲的是无量纲的雷诺数雷诺数雷诺数雷诺数雷诺数：雷诺数：雷诺数：雷诺数：其中，其中，其中，其中，L L为为为为腔体特征长度腔体特征长度腔体特征长度腔体特征长度，是是是是动黏度动黏度动黏度动黏度，是气体质量是气体质量是气体质量是气体质量密度密度密度密度，是气体的是气体的是气体的是气体的动态黏滞度动态黏滞度动态黏滞度动态黏滞度当雷诺数较小时当雷诺数较小时当雷诺数较小时当雷诺数较小时，管道中气流速度分布为，管道中气流速度分布为，管道中气流速度分布为，管道中气流速度分布为抛物线形抛物线形抛物线形抛物线形，即，即，即，即其中，其中，其中，其中，r r为距中心线的半径为距中心线的半径为距中心线的半径为距中心线的半径，dPdP/dzdz为横跨管道的为横跨管道的为横跨管道的为横跨管道的压力梯度压力梯度压力梯度压力梯度图图图图13.4 13.4 气流在管形反应器中的展开气流在管形反应器中的展开气流在管形反应器中的展开气流在管形反应器中的展开图图图图13.1 13.1 简单的热简单的热简单的热简单的热CVDCVD反应器反应器反应器反应器再回到图再回到图再回到图再回到图13.113.1的系统，的系统，的系统，的系统，假设假设假设假设系统系统系统系统温度均匀温度均匀温度均匀温度均匀，气流速气流速气流速气流速 度度度度在硅片在硅片在硅片在硅片表面表面表面表面降低到降低到降低到降低到零零零零，且且且且 腔体高度足够大腔体高度足够大腔体高度足够大腔体高度足够大，使硅片上，使硅片上，使硅片上，使硅片上 方气流具有均匀速度。方气流具有均匀速度。方气流具有均匀速度。方气流具有均匀速度。边界层（滞流层）近似边界层（滞流层）近似边界层（滞流层）近似边界层（滞流层）近似：在边界层中气流速度为在边界层中气流速度为在边界层中气流速度为在边界层中气流速度为零零零零，在边界层外气流速度为，在边界层外气流速度为，在边界层外气流速度为，在边界层外气流速度为v v倾斜角度需根据特定工艺进行优化倾斜角度需根据特定工艺进行优化倾斜角度需根据特定工艺进行优化倾斜角度需根据特定工艺进行优化1 1 1 1）边界层的厚度边界层的厚度边界层的厚度边界层的厚度与沿气流方向的与沿气流方向的与沿气流方向的与沿气流方向的位置有关位置有关位置有关位置有关，即，即，即，即为维持淀积速率的均匀为维持淀积速率的均匀为维持淀积速率的均匀为维持淀积速率的均匀，必，必，必，必须保证边界层的厚度均匀。须保证边界层的厚度均匀。须保证边界层的厚度均匀。须保证边界层的厚度均匀。一般一般一般一般采用楔形基座采用楔形基座采用楔形基座采用楔形基座，淀积表面朝气流方向倾斜。淀积表面朝气流方向倾斜。淀积表面朝气流方向倾斜。淀积表面朝气流方向倾斜。结论2 2 2 2）气相输运的）气相输运的）气相输运的）气相输运的扩散系数与温度的关系扩散系数与温度的关系扩散系数与温度的关系扩散系数与温度的关系式有：式有：式有：式有：显然，与体扩散系数相比，显然，与体扩散系数相比，显然，与体扩散系数相比，显然，与体扩散系数相比，D De e 对温度的依赖性要弱得多。对温度的依赖性要弱得多。对温度的依赖性要弱得多。对温度的依赖性要弱得多。总之，总之，总之，总之，CVDCVD过程受限于过程受限于过程受限于过程受限于1 1）化学反应；或）化学反应；或）化学反应；或）化学反应；或2 2）气相输运）气相输运）气相输运）气相输运对决定对决定对决定对决定CVDCVD薄膜薄膜薄膜薄膜淀积速率温度关系淀积速率温度关系淀积速率温度关系淀积速率温度关系是至关重要的。是至关重要的。是至关重要的。是至关重要的。3 3 3 3）化学反应）化学反应）化学反应）化学反应速率系数速率系数速率系数速率系数与与与与温度温度温度温度的关系式有：的关系式有：的关系式有：的关系式有：图图图图13.8 13.8 CVD CVD 淀积速率淀积速率淀积速率淀积速率与与与与温度温度温度温度的函数关系的函数关系的函数关系的函数关系6 6 6 6、CVDCVD 淀积速率与温度的关系淀积速率与温度的关系淀积速率与温度的关系淀积速率与温度的关系实验结果显示：实验结果显示：实验结果显示：实验结果显示：(1)(1)低温度下低温度下低温度下低温度下，淀积速率随温度倒数，淀积速率随温度倒数，淀积速率随温度倒数，淀积速率随温度倒数 减小而增加减小而增加减小而增加减小而增加化学反应化学反应化学反应化学反应速率限制区速率限制区速率限制区速率限制区淀积速率是淀积速率是淀积速率是淀积速率是温度温度温度温度的敏感函数的敏感函数的敏感函数的敏感函数(2)(2)高温度下高温度下高温度下高温度下，淀积速率随温度倒数，淀积速率随温度倒数，淀积速率随温度倒数，淀积速率随温度倒数 减小的减小的减小的减小的增加幅度趋缓增加幅度趋缓增加幅度趋缓增加幅度趋缓质量输运质量输运质量输运质量输运速率限制区速率限制区速率限制区速率限制区淀积速率是淀积速率是淀积速率是淀积速率是气体浓度气体浓度气体浓度气体浓度的敏感函数，的敏感函数，的敏感函数，的敏感函数，需控制气流及腔室设计需控制气流及腔室设计需控制气流及腔室设计需控制气流及腔室设计教材第教材第教材第教材第256256257257页：第页：第页：第页：第1 1、2 2题题题题教材第教材第教材第教材第352352页：第页：第页：第页：第1 1题题题题课后作业课后作业