化学气相沉积
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集成电路芯片工艺化学气相沉积(CVD)化学汽相淀积(CVD)化学汽相淀积是指通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程。
CVD膜的结构可以是单晶、多晶或非晶态,淀积单晶硅薄膜的CVD过程通常被称为外延。
CVD技术具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点。
利用CVD方这几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜,例如掺杂或不掺杂的SiO:、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等。
一:化学气相沉积方法常用的CVD方法主要有三种:常压化学汽相淀积(APCVD)、低压化学汽相淀积(LPCVIi~)和等离子增强化学汽相淀积(PECVD).APCVD反应器的结构与氧化炉类似,如图1-1所示,该系统中的压强约为一个大气压,因此被称为常压CVD。
气相外延单晶硅所采用的方法就是APCVD。
图1-1APCVD反应器的结构示意图,LPCVD反应器的结构如图1-2所示,石英管采用三温区管状炉加热,气体由一端引入,另一端抽出,半导体晶片垂直插在石英舟上。
由于石英管壁靠近炉管,温度很高,因此也称它为热壁CVD装置,这与利用射频加热的冷壁反应器如卧式外延炉不同.这种反应器的最大特点就是薄膜厚度的均匀性非常好、装片量大,一炉可以加工几百片,但淀积速度较慢.它与APCVD的最大区别是压强由原来的1X10SPa降低到1X102Pa左右。
图1-2LPCVD反应器的结构示意图图1-3平行板型PECVD反应器的结构示意图PECVD是一种能量增强的CVD方法,这是因为在通常CVD系统中热能的基础上又增加了等离子体的能量.图1-3给出了平行板型等离子体增强CVD反应器,反应室由两块平行的金属电极板组成,射频电压施加在上电极上,下电极接地。
射频电压使平板电极之间的气体发生等离子放电。
工作气体由位于下电极附近的进气口进入,并流过放电区。
半导体片放在下电极上,并被加热到100—400;C左右.这种反应器的最大优点是淀积温度低。
何为化学气相沉积(CVD )?newmakerCVD 是Chemical VaporDeposition 的简称,是指高温下的气相反应,例如,金属卤化物、有机金属、碳氢化合物等的热分解,氢还原或使它的混合气体在高温下发生化学反应以析出金属、氧化物、碳化物等无机材料的方法。
这种技术最初是作为涂层的手段而开发的,但目前,不只应用于耐热物质的涂层,而且应用于高纯度金属的精制、粉末合成、半导体薄膜等,是一个颇具特征的技术领域。
其技术特征在于:(1)高熔点物质能够在低温下合成;(2)析出物质的形态在单晶、多晶、晶须、粉末、薄膜等多种;(3)不仅可以在基片上进行涂层,而且可以在粉体表面涂层,等。
特别是在低温下可以合成高熔点物质,在节能方面做出了贡献,作为一种新技术是大有前途的。
例如,在1000℃左右可以合成a-Al2O3、SiC ,而且正向更低温度发展。
CVD 工艺大体分为二种:一种是使金属卤化物与含碳、氮、硼等的化合物进行气相反应;另一种是使加热基体表面的原料气体发生热分解。
CVD 的装置如图1所示,由气化部分、载气精练部分、反应部分和排除气体处理部分所构成。
目前,正在开发批量生产的新装置。
CVD是在含有原料气体、通过反应产生的副生气体、载气等多成分系气相中进行的,因而,当被覆涂层时,在加热基体与流体的边界上形成扩散层,该层的存在,对于涂层的致密度有很大影响。
图2所示是这种扩散层的示意图。
这样,由许多化学分子形成的扩散层虽然存在,但其析出过程是复杂的。
粉体合成时,核的生成与成长的控制是工艺的重点。
作为新的CVD技术,有以下几种:(1)采用流动层的CVD;(2)流体床;(3)热解射流;(4)等离子体CVD;(5)真空CVD,等。
应用流动层的CVD如图3所示,可以形成被覆粒子(例如,在UO2表面被覆SiC、C),应用等离子体的CVD同样也有可能在低温下析出,而且这种可能性正在进一步扩大。
(end)。