上周咱們聊了PVD的那些事，那么真空鍍膜技術(shù)的另一緊張分支——化學(xué)氣相沉積（CVD）又有那些特點(diǎn)？

一路去看看吧！

 

 

CVD

 

化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition,CVD）是把一種或幾種含有構(gòu)成薄膜元素的化合物、單質(zhì)氣體通入放置有基材的反應(yīng)室，借助空間氣相化學(xué)反應(yīng)在基體外觀上沉積固態(tài)薄膜的技術(shù)。

 

 

主要特點(diǎn)

• 化學(xué)反應(yīng)或熱分解；

• 膜中所有材料都來(lái)自外部的源；

• 反應(yīng)物必須以氣相情勢(shì)參與反應(yīng)；

• 成膜溫度較低

• 膜層成分、純度、密度均可控

• 繞鍍性好，適合復(fù)雜外形襯底

• 適用于金屬、合金、陶瓷、化合物等各類(lèi)材料

 

 

常見(jiàn)的幾種CVD

 

各類(lèi)CVD反應(yīng)的區(qū)別重要在于環(huán)境壓力的高低和輸入能量方式的不同。

 

按壓力分

 

根據(jù)壓力分，重要有常壓CVD(APCVD)、亞常壓CVD(SACVD)、低壓CVD(LPCVD)、超高真空CVD(UHCVD)，科研和工業(yè)中應(yīng)用較多的是APCVD和LPCVD。

 

1APCVD

 

Atmospheric Pressure CVD，在壓力接近常壓下進(jìn)行CVD反應(yīng)的一種沉積方式。工作壓力接近一個(gè)大氣壓，是最初最簡(jiǎn)單的CVD技術(shù)。屬于質(zhì)量傳輸限定CVD工藝的一種，必須保證反應(yīng)氣體能等量到達(dá)每片襯底。

 

好處

• 所需的體系簡(jiǎn)單

• 沉積速度快

 

瑕玷

• 均勻性較差，

• 臺(tái)階覆蓋能力差

 

一樣平常用于厚的介質(zhì)沉積，工業(yè)上多用于鈍化珍愛(ài)處理。

 

2LPCVD

 

Low Pressure Chemical Vapor Deposition，原理與APCVD基原形同，不同的是工作氣壓比較低，屬于反應(yīng)速度限定CVD工藝的一種。因?yàn)楣ぷ鳉鈮航档停磻?yīng)氣體的擴(kuò)散速度和均勻性均較APCVD大幅進(jìn)步，因此薄膜的沉積速度快、質(zhì)量高。適于單晶硅、多晶硅和氮化硅等超大規(guī)模集成電路的制造。

 

好處

• 可正確控制膜層的成分和結(jié)構(gòu)

• 與常壓CVD比，薄膜均勻性較好

   

 

瑕玷

• 對(duì)設(shè)備要求高，須有正確的壓力控制體系，成本高

• 工作溫度高

 

按能量方式分

 

根據(jù)輸入能量方式分重要有熱化學(xué)氣相沉積（TCVD）、等離子體加強(qiáng)CVD(PECVD)、高密度等離子體CVD(HDPCVD)、激光誘導(dǎo)CVD(LCVD)等。

 

1TCVD

 

采用襯底加熱的方法促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，是化學(xué)氣相沉積的經(jīng)典方法。一樣平常采用電阻加熱，高頻感應(yīng)加熱和輻射加熱等方式，反應(yīng)溫度在800~2000℃之間，對(duì)襯底的耐熱性要求較高。

 

根據(jù)加熱區(qū)域不同又分為熱壁法和冷壁法。

 

熱壁法：一樣平常采用電阻加熱的方式，加熱區(qū)作用于反應(yīng)腔壁，工作區(qū)和襯底均被加熱。

好處：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

瑕玷：腔壁容易沉積薄膜，降消沉積服從。

 

冷壁法：只加熱襯底，一樣平常采用感應(yīng)加熱、紅外加熱等方式實(shí)現(xiàn)。

好處：沉積只在襯底外觀進(jìn)行，服從高

瑕玷：設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部分技術(shù)將加熱源置于腔體內(nèi)部，容易帶來(lái)污染。

 

2PECVD

 

Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，行使等離子體的活性，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，在較低溫度下沉積化合物薄膜。常用的有直流等離子體、射頻等離子體、微波等離子體、脈沖等離子體等。

 

 

好處

• 沉積溫度低

• 沉積速率快

• 成膜質(zhì)量好

• 針孔較少，不易龜裂

 

瑕玷

• 設(shè)備成本高

• 噪音、輻射和有害氣體污染

• 對(duì)小孔孔徑內(nèi)外觀難以涂覆

 

3LCVD

 

LCVD是指行使激光束的光子能量激發(fā)和促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)薄膜沉積的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。

 

激光在反應(yīng)中的作用有兩種，加熱襯底或直接作用于氣體分子使其分解。

 

好處

• 較常規(guī)CVD沉積溫度低

• 避免高能粒子薄膜的損傷

• 薄膜結(jié)構(gòu)和純度更高

   

 

幾種常用CVD的對(duì)比

 

 

 

MOCVD

金屬有機(jī)物CVD（MOCVD），是行使金屬有機(jī)化合物熱分解反應(yīng)進(jìn)行氣相外延生長(zhǎng)的方法，通常將含有外延材料組分的金屬有機(jī)化合物和氫化物（或其他反應(yīng)氣體）質(zhì)料氣體輸運(yùn)到反應(yīng)室，在常壓或低壓(10-100Torr)下通H₂的冷壁石英(不銹鋼)反應(yīng)室中進(jìn)行反應(yīng)成膜。多用于Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的外延生長(zhǎng)。

 

 

好處

• 沉積溫度低

• 適用范圍廣，可生長(zhǎng)幾乎所有的化合物和合金半導(dǎo)體

• 可實(shí)現(xiàn)化合物的外延生長(zhǎng)

   

 

瑕玷

• 沉積速度慢，僅適宜沉積微米級(jí)的外觀層

• 質(zhì)料的毒性較大

   

 

 

ALD

Atomic Layer Deposition 原子層沉積，又叫原子層外延（atomic layer epitaxy），一種特別的CVD，可以將物質(zhì)以單原子膜情勢(shì)逐層沉積的方法，每次反應(yīng)只沉積一層原子。

 

 

簡(jiǎn)單的說(shuō)就是先將襯底外觀進(jìn)行活性處理，沉積薄膜時(shí)先通入將第一種反應(yīng)物使襯底外觀飽和吸附，將多余的源氣體抽除干凈后，再通入第二種反應(yīng)物使之在襯底外觀反應(yīng)成膜，將剩余的反應(yīng)物和反應(yīng)副產(chǎn)品消滅干凈。再重復(fù)上述過(guò)程進(jìn)行下一層原子沉積。

 

好處

• 薄膜質(zhì)量高，同等性好

• 薄膜成分可正確控制

• 厚度均勻

   

瑕玷

• 涉及復(fù)雜的外觀化學(xué)過(guò)程，工藝控制難度大

• 沉積速率低

 

隨著集成電路尺寸的賡續(xù)降低，所需膜層厚度降至納米級(jí)別，ALD薄膜的均勻性和同等性的好處越來(lái)越緊張，沉積速率的題目已經(jīng)不再成為一個(gè)題目。可以預(yù)見(jiàn)其在電子信息和納米材料領(lǐng)域?qū)?huì)有更大的作為。

 

 

常用的CVD技術(shù)就簡(jiǎn)單的說(shuō)道這里吧！

正是這些看不見(jiàn)的薄膜成就了我們的時(shí)代，隨著技術(shù)的發(fā)展，信賴(lài)還會(huì)有更多、更不可思議的制備方法涌現(xiàn)出來(lái)，讓我們拭目以待吧！

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