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。
化学气相沉积1 前言化学气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition)是利用加热,等离子体激励或光辐射等方法,使气态或蒸汽状态的化学物质发生反应并以原子态沉积在置于适当位置的衬底上,从而形成所需要的固态薄膜或涂层的过程。
一般地说,化学气相沉积可以采用加热的方法获取活化能,这需要在较高的温度下进行;也可以采用等离子体激发或激光辐射等方法获取活化能,使沉积在较低的温度下进行。
另外,在工艺性质上,由于化学气相沉积是原子尺度内的粒子堆积,因而可以在很宽的范围内控制所制备薄膜的化学计量比;同时通过控制涂层化学成分的变化,可以制备梯度功能材料或得到多层涂层。
在工艺过程中,化学气相沉积常常在开放的非平衡状态下进行,根据耗散结构理论,利用化学气相沉积可以获得多种晶体结构。
在工艺材料上,化学气相沉积涵盖无机、有机金属及有机化合物,几乎可以制备所有的金属(包括碳和硅),非金属及其化合物(碳化物、氮化物、氧化物、金属间化合物等等)沉积层。
另外,由于气态原子或分子具有较大的转动动能,可以在深孔、阶梯、洼面或其他形状复杂的衬底及颗粒材料上进行沉积。
为使沉积层达到所需要的性能,对气相反应必须精确控制。
正是由于化学气相沉积在活化方式、涂层材料、涂层结构方面的多样性以及涂层纯度高工艺简单容易进行等一系列的特点,化学气相沉积成为一种非常灵活、应用极为广泛的工艺方法,可以用来制备各种涂层、粉末、纤维和成型元器件。
特别在半导体材料的生产方面,化学气相沉积的外延生长显示出与其他外延方法(如分子束外延、液相外延)无与伦比的优越性,即使在化学性质完全不同的衬底上,利用化学气相沉积也能产生出晶格常数与衬底匹配良好的外延薄膜。
此外,利用化学气相沉积还可生产耐磨、耐蚀、抗氧化、抗冲蚀等功能涂层。
在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。
经过CVD 处理后,表面处理膜密着性约提高30%,防止高强力钢的弯曲,拉伸等成形时产生的刮痕。