CVD

 

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

 

 

主要特點

 

• 化學反應或熱分解；

• 膜中所有材料都來自外部的源；

• 反應物必須以氣相情勢參與反應；

• 成膜溫度較低

• 膜層成分、純度、密度均可控

• 繞鍍性好，適合復雜外形襯底

• 適用于金屬、合金、陶瓷、化合物等各類材料

 

 

常見的幾種CVD

 

各類CVD反應的區別重要在于環境壓力的高低和輸入能量方式的不同。

 

按壓力分

 

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

 

1APCVD

 

Atmospheric Pressure CVD，在壓力接近常壓下進行CVD反應的一種沉積方式。工作壓力接近一個大氣壓，是最初最簡單的CVD技術。屬于質量傳輸限定CVD工藝的一種，必須保證反應氣體能等量到達每片襯底。

 

好處

• 所需的體系簡單

• 沉積速度快

 

瑕玷

• 均勻性較差，

• 臺階覆蓋能力差

 

一樣平常用于厚的介質沉積，工業上多用于鈍化珍愛處理。

 

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，屬于反應速度限定CVD工藝的一種。因為工作氣壓降低，反應氣體的擴散速度和均勻性均較APCVD大幅進步，因此薄膜的沉積速度快、質量高。適于單晶硅、多晶硅和氮化硅等超大規模集成電路的制造。

 

好處

• 可正確控制膜層的成分和結構

• 與常壓CVD比，薄膜均勻性較好

   

 

瑕玷

• 對設備要求高，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

 

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

 

1TCVD

 

采用襯底加熱的方法促進化學反應，是化學氣相沉積的經典方法。一樣平常采用電阻加熱，高頻感應加熱和輻射加熱等方式，反應溫度在800~2000℃之間，對襯底的耐熱性要求較高。

 

根據加熱區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，加熱區作用于反應腔壁，工作區和襯底均被加熱。

好處：設備結構簡單

瑕玷：腔壁容易沉積薄膜，降消沉積服從。

 

冷壁法：只加熱襯底，一樣平常采用感應加熱、紅外加熱等方式實現。

好處：沉積只在襯底外觀進行，服從高

瑕玷：設備結構復雜，部分技術將加熱源置于腔體內部，容易帶來污染。

 

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，促進化學反應，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

• 成膜質量好

• 針孔較少，不易龜裂

 

瑕玷

• 設備成本高

• 噪音、輻射和有害氣體污染

• 對小孔孔徑內外觀難以涂覆

3LCVD

 

LCVD是指行使激光束的光子能量激發和促進化學反應，實現薄膜沉積的化學氣相沉積技術。

 

激光在反應中的作用有兩種，加熱襯底或直接作用于氣體分子使其分解。

 

好處

• 較常規CVD沉積溫度低

• 避免高能粒子薄膜的損傷

• 薄膜結構和純度更高

   

 

幾種常用CVD的對比

 

 

 

MOCVD

 

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

 

 

好處

• 沉積溫度低

• 適用范圍廣，可生長幾乎所有的化合物和合金半導體

• 可實現化合物的外延生長

   

 

瑕玷

• 沉積速度慢，僅適宜沉積微米級的外觀層

• 質料的毒性較大

   

 

 

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，可以將物質以單原子膜情勢逐層沉積的方法，每次反應只沉積一層原子。

 

 

簡單的說就是先將襯底外觀進行活性處理，沉積薄膜時先通入將第一種反應物使襯底外觀飽和吸附，將多余的源氣體抽除干凈后，再通入第二種反應物使之在襯底外觀反應成膜，將剩余的反應物和反應副產品消滅干凈。再重復上述過程進行下一層原子沉積。

 

好處

• 薄膜質量高，同等性好

• 薄膜成分可正確控制

• 厚度均勻

   

瑕玷

• 涉及復雜的外觀化學過程，工藝控制難度大

• 沉積速率低

 

隨著集成電路尺寸的賡續降低，所需膜層厚度降至納米級別，ALD薄膜的均勻性和同等性的好處越來越緊張，沉積速率的題目已經不再成為一個題目。可以預見其在電子信息和納米材料領域將會有更大的作為。

 

 

常用的CVD技術就簡單的說道這里吧！

正是這些看不見的薄膜成就了我們的時代，隨著技術的發展，信賴還會有更多、更不可思議的制備方法涌現出來，讓我們拭目以待吧！