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化学气相沉积,CVD工艺在半导体中的应用

  • 化学
  • 2025-07-01

化学气相沉积?CVD技术的发展历程那么,化学气相沉积?一起来了解一下吧。

化学气相沉积(英语:chemical vapor deposition,简称CVD)是一种用来产生纯度高、性能好的固态材料的化学技术。它利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上发生反应生成固态沉积物。

工艺原理与过程

原理

典型的CVD工艺是将晶圆(基底)暴露在一种或多种不同的前趋物下,在基底表面发生化学反应或/及化学分解来产生欲沉积的薄膜。

过程

化学气相沉积过程分为三个重要阶段:反应气体向基体表面扩散、反应气体吸附于基体表面、在基体表面上发生化学反应形成固态沉积物及产生的气相副产物脱离基体表面。

常见反应类型

最常见的化学气相沉积反应有热分解反应、化学合成反应和化学传输反应等。例如通常沉积TiC或TiN,是向850 - 1100℃的反应室通入TiCl₄,H₂,CH₄等气体,经化学反应,在基体表面形成覆层。

分类

按操作条件分类

大气压CVD (APCVD):在大气压下进行的CVD。

低压CVD (LPCVD):在低于大气压的条件下进行CVD,降低压力往往会减少不需要的气相反应并提高晶圆上的薄膜均匀性。

超高真空CVD (UHVCVD):在非常低的压力下进行CVD,通常低于10⁻⁶Pa(≈10⁻⁸托) 。

低于大气压的CVD (SACVD):在低于大气压的条件下进行CVD,使用原硅酸四乙酯(TEOS)和臭氧用二氧化硅(SiO₂)填充高纵横比硅结构。

按蒸气的物理特性分类

气溶胶辅助CVD (AACVD):前体通过液体/气体气溶胶传输到基板,可以超声波生成,适用于非挥发性前体。

直接液体注入CVD (DLICVD):前体呈液体形式(液体或固体溶解在方便的溶剂中),液体溶液在汽化室中注入喷射器(通常是汽车喷射器),前体蒸气然后像传统CVD一样被输送到基板,适用于液体或固体前体,使用这种技术可以实现高增长率。

按基板加热类型分类

热壁CVD:腔室由外部电源加热,衬底由加热腔室壁的辐射加热。

冷壁CVD:仅通过感应或使电流通过基板本身或与基板接触的加热器直接加热基板,室壁处于室温。

等离子体增强CVD (PECVD):利用等离子体提高前体化学反应速率,允许在较低温度下进行沉积,在半导体制造中通常很关键,较低的温度还允许沉积有机涂层,例如用于纳米粒子表面功能化的等离子体聚合物。

远程等离子增强CVD (RPECVD):与PECVD类似,只是晶圆基板不直接位于等离子放电区域。

低能等离子增强化学气相沉积(LEPECVD):采用高密度、低能等离子在高速率和低温下获得半导体材料的外延沉积。

燃烧化学气相沉积(CCVD):燃烧化学气相沉积或火焰热解是一种开放式、基于火焰的技术,用于沉积高质量薄膜和纳米材料。

特点

优点

沉积物种类多:可以沉积金属薄膜、非金属薄膜,也可以按要求制备多组分合金的薄膜,以及陶瓷或化合物层。

绕射性好:CVD反应在常压或低真空进行,对于形状复杂的表面或工件的深孔、细孔都能均匀镀覆。

薄膜质量高:能得到纯度高、致密性好、残余应力小、结晶良好的薄膜镀层,由于反应气体、反应产物和基体的相互扩散,可以得到附着力好的膜层,这对表面钝化、抗蚀及耐磨等表面增强膜是很重要的。

膜层纯度和结晶度好:由于薄膜生长的温度比膜材料的熔点低得多,由此可以得到纯度高、结晶完全的膜层,这是有些半导体膜层所必须的。

可控制覆层参数:利用调节沉积的参数,可以有效地控制覆层

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