CVD

 

化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体外观上沉积固态薄膜的技术。

 

 

主要特点

 

• 化学反应或热分解；

• 膜中所有材料都来自外部的源；

• 反应物必须以气相情势参与反应；

• 成膜温度较低

• 膜层成分、纯度、密度均可控

• 绕镀性好，适合复杂外形衬底

• 适用于金属、合金、陶瓷、化合物等各类材料

 

 

常见的几种CVD

 

各类CVD反应的区别重要在于环境压力的高低和输入能量方式的不同。

 

按压力分

 

根据压力分，重要有常压CVD(APCVD)、亚常压CVD(SACVD)、低压CVD(LPCVD)、超高真空CVD(UHCVD)，科研和工业中应用较多的是APCVD和LPCVD。

 

1APCVD

 

Atmospheric Pressure CVD，在压力接近常压下进行CVD反应的一种沉积方式。工作压力接近一个大气压，是最初最简单的CVD技术。属于质量传输限定CVD工艺的一种，必须保证反应气体能等量到达每片衬底。

 

好处

• 所需的体系简单

• 沉积速度快

 

瑕玷

• 均匀性较差，

• 台阶覆盖能力差

 

一样平常用于厚的介质沉积，工业上多用于钝化珍爱处理。

 

2LPCVD

 

Low Pressure Chemical Vapor Deposition，原理与APCVD基原形同，不同的是工作气压比较低，属于反应速度限定CVD工艺的一种。因为工作气压降低，反应气体的扩散速度和均匀性均较APCVD大幅进步，因此薄膜的沉积速度快、质量高。适于单晶硅、多晶硅和氮化硅等超大规模集成电路的制造。

 

好处

• 可正确控制膜层的成分和结构

• 与常压CVD比，薄膜均匀性较好

   

 

瑕玷

• 对设备要求高，须有正确的压力控制体系，成本高

• 工作温度高

 

按能量方式分

 

根据输入能量方式分重要有热化学气相沉积（TCVD）、等离子体加强CVD(PECVD)、高密度等离子体CVD(HDPCVD)、激光诱导CVD(LCVD)等。

 

1TCVD

 

采用衬底加热的方法促进化学反应，是化学气相沉积的经典方法。一样平常采用电阻加热，高频感应加热和辐射加热等方式，反应温度在800~2000℃之间，对衬底的耐热性要求较高。

 

根据加热区域不同又分为热壁法和冷壁法。

 

热壁法：一样平常采用电阻加热的方式，加热区作用于反应腔壁，工作区和衬底均被加热。

好处：设备结构简单

瑕玷：腔壁容易沉积薄膜，降消沉积服从。

 

冷壁法：只加热衬底，一样平常采用感应加热、红外加热等方式实现。

好处：沉积只在衬底外观进行，服从高

瑕玷：设备结构复杂，部分技术将加热源置于腔体内部，容易带来污染。

 

2PECVD

 

Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，行使等离子体的活性，促进化学反应，在较低温度下沉积化合物薄膜。常用的有直流等离子体、射频等离子体、微波等离子体、脉冲等离子体等。

 

 

好处

• 沉积温度低

• 沉积速率快

• 成膜质量好

• 针孔较少，不易龟裂

 

瑕玷

• 设备成本高

• 噪音、辐射和有害气体污染

• 对小孔孔径内外观难以涂覆

3LCVD

 

LCVD是指行使激光束的光子能量激发和促进化学反应，实现薄膜沉积的化学气相沉积技术。

 

激光在反应中的作用有两种，加热衬底或直接作用于气体分子使其分解。

 

好处

• 较常规CVD沉积温度低

• 避免高能粒子薄膜的损伤

• 薄膜结构和纯度更高

   

 

几种常用CVD的对比

 

 

 

MOCVD

 

金属有机物CVD（MOCVD），是行使金属有机化合物热分解反应进行气相外延生长的方法，通常将含有外延材料组分的金属有机化合物和氢化物（或其他反应气体）质料气体输运到反应室，在常压或低压(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行反应成膜。多用于Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的外延生长。

 

 

好处

• 沉积温度低

• 适用范围广，可生长几乎所有的化合物和合金半导体

• 可实现化合物的外延生长

   

 

瑕玷

• 沉积速度慢，仅适宜沉积微米级的外观层

• 质料的毒性较大

   

 

 

ALD

 

Atomic Layer Deposition 原子层沉积，又叫原子层外延（atomic layer epitaxy），一种特别的CVD，可以将物质以单原子膜情势逐层沉积的方法，每次反应只沉积一层原子。

 

 

简单的说就是先将衬底外观进行活性处理，沉积薄膜时先通入将第一种反应物使衬底外观饱和吸附，将多余的源气体抽除干净后，再通入第二种反应物使之在衬底外观反应成膜，将剩余的反应物和反应副产品消灭干净。再重复上述过程进行下一层原子沉积。

 

好处

• 薄膜质量高，同等性好

• 薄膜成分可正确控制

• 厚度均匀

   

瑕玷

• 涉及复杂的外观化学过程，工艺控制难度大

• 沉积速率低

 

随着集成电路尺寸的赓续降低，所需膜层厚度降至纳米级别，ALD薄膜的均匀性和同等性的好处越来越紧张，沉积速率的题目已经不再成为一个题目。可以预见其在电子信息和纳米材料领域将会有更大的作为。

 

 

常用的CVD技术就简单的说道这里吧！

正是这些看不见的薄膜成就了我们的时代，随着技术的发展，信赖还会有更多、更不可思议的制备方法涌现出来，让我们拭目以待吧！