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《化學(xué)氣相沉積法CVD.docx》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、化學(xué)氣相沉積(CVD)是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù)，包括大范圍的絕緣材料，大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。從理論上來說，它是很簡單的：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。淀積氮化硅膜(Si3N4)就是一個(gè)很好的例子，它是由硅烷和氮反應(yīng)形成的。概述反應(yīng)室中的反應(yīng)是很復(fù)雜的，有很多必須考慮的因素，沉積參數(shù)的變化范圍是很寬的：反應(yīng)室內(nèi)的壓力、晶片的溫度、氣體的流動(dòng)速率、氣體通過晶片的路程(如圖所示)、氣體的化學(xué)成份、一種氣體相對于另一種氣體的比率、反應(yīng)的中間產(chǎn)品起的作用、以及是
2、否需要其它反應(yīng)室外的外部能量來源加速或誘發(fā)想得到的反應(yīng)等。額外能量來源諸如等離子體能量，當(dāng)然會(huì)產(chǎn)生一整套新變數(shù)，如離子與中性氣流的比率，離子能和晶片上的射頻偏壓等。然后，考慮沉積薄膜中的變數(shù)：如在整個(gè)晶片內(nèi)厚度的均勻性和在圖形上的覆蓋特性(后者指跨圖形臺階的覆蓋)，薄膜的化學(xué)配比(化學(xué)成份和分布狀態(tài))，結(jié)晶晶向和缺陷密度等。當(dāng)然，沉積速率也是一個(gè)重要的因素，因?yàn)樗鼪Q定著反應(yīng)室的產(chǎn)出量，高的沉積速率常常要和薄膜的高質(zhì)量折中考慮。反應(yīng)生成的膜不僅會(huì)沉積在晶片上，也會(huì)沉積在反應(yīng)室的其他部件上，對反應(yīng)室進(jìn)行清洗的次數(shù)和徹底程度也是很重要的?；瘜W(xué)家和物理學(xué)家花了很多時(shí)間來考慮
3、怎樣才能得到高質(zhì)量的沉積薄膜。他們已得到的結(jié)論認(rèn)為：在晶片表面的化學(xué)反應(yīng)首先應(yīng)是形成“成核點(diǎn)”，然后從這些“成核點(diǎn)”處生長得到薄膜，這樣淀積出來的薄膜質(zhì)量較好。另一種結(jié)論認(rèn)為，在反應(yīng)室內(nèi)的某處形成反應(yīng)的中間產(chǎn)物，這一中間產(chǎn)物滴落在晶片上后再從這一中間產(chǎn)物上淀積成薄膜，這種薄膜常常是一種劣質(zhì)薄膜。化學(xué)氣相沉積法是傳統(tǒng)的制備薄膜的技術(shù)，其原理是利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，通過原子、分子間化學(xué)反應(yīng)，使得氣態(tài)前驅(qū)體中的某些成分分解，而在基體上形成薄膜?；瘜W(xué)氣相沉積包括常壓化學(xué)氣相沉積、等離子體輔助化學(xué)沉積、激光輔助化學(xué)沉積、金屬有機(jī)化合物沉積等。分類CVD技術(shù)常常通過反應(yīng)類型或者
4、壓力來分類，包括低壓CVD(LPCVD)，常壓CVD(APCVD)，亞常壓CVD(SACVD)，超高真空CVD(UHCVD)，等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)，高密度等離子體CVD(HDPCVD)以及快熱CVD(RTCVD)。然后，還有金屬有機(jī)物CVD(MOCVD)，根據(jù)金屬源的自特性來保證它的分類，這些金屬的典型狀態(tài)是液態(tài)，在導(dǎo)入容器之前必須先將它氣化。不過，容易引起混淆的是，有些人會(huì)把MOCVD認(rèn)為是有機(jī)金屬CVD(OMCVD)。過去，對LPCVD和APCVD最常使用的反應(yīng)室是一個(gè)簡單的管式爐結(jié)構(gòu)，即使在今天，管式爐也還被廣泛地應(yīng)用于沉積諸如Si3N4和二氧化硅
5、之類的基礎(chǔ)薄膜(氧氣中有硅元素存在將會(huì)最終形成為高質(zhì)量的SiO2，但這會(huì)大量消耗硅元素；通過硅烷和氧氣反應(yīng)也可能沉積出SiO2-兩種方法均可以在管式爐中進(jìn)行)。最近，單片淀積工藝推動(dòng)并導(dǎo)致產(chǎn)生了新的CVD反應(yīng)室結(jié)構(gòu)。這些新的結(jié)構(gòu)中絕大多數(shù)都使用了等離子體，其中一部分是為了加快反應(yīng)過程，也有一些系統(tǒng)外加一個(gè)按鈕，以控制淀積膜的質(zhì)量。在PECVD和HDPCVD系統(tǒng)中有些方面還特別令人感興趣是通過調(diào)節(jié)能量，偏壓以及其它參數(shù)，可以同時(shí)有沉積和蝕刻反應(yīng)的功能。通過調(diào)整淀積：蝕刻比率，有可能得到一個(gè)很好的縫隙填充工藝。相關(guān)爭論對許多金屬和金屬合金一個(gè)有趣的爭論就是，他們是通過物
6、理氣相沉積(PVD)還是通過化學(xué)氣相沉積(CVD)能得到最好的沉積效果。盡管CVD比PVD有更好的臺階覆蓋特性，但目前諸如銅的子晶層和鉭氮擴(kuò)散層薄膜都是通過PVD來沉積的，因?yàn)楝F(xiàn)有的大量裝置都是基于PVD系統(tǒng)的，工程技術(shù)人員對PVD方法也有較高的熟練程度。一些人建議，既然臺階覆蓋特性越來越重要(尤其是在通孔邊墻覆蓋)，CVD方法將成為必不可少的技術(shù)。相似的爭論也存在于產(chǎn)生低k值介質(zhì)材料方面：是使用CVD方法好還是采用旋涂工藝好？在化學(xué)氣相沉積中，決定晶圓間薄膜均勻性的重要參數(shù)之一是晶圓間的氣體是如何流動(dòng)的。上圖所示是Novellus概念下ThreeALTUS系統(tǒng)中，
7、一個(gè)晶圓及其基座上的SiH4集中度和鎢沉積率的典型路徑圖。氣相法是直接利用氣體，或者通過各種手段將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或者化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米粒子的方法。用該法可制備純度高、顆粒分散性好、粒徑分布窄、粒徑小的納米陶瓷粉體。氣相法又可分為氣體中蒸發(fā)法、化學(xué)氣相反應(yīng)法、濺射源法、流動(dòng)油面上真空沉積法和金屬蒸汽合成法。沉淀法又分為直接沉淀法、共沉淀法和均勻沉淀法等，都是利用生成沉淀的液相反應(yīng)來制取。共沉淀法可在制備過程中完成反應(yīng)及摻雜過程，因此較多地應(yīng)用于電子陶瓷的制備。BaTiO3是一種重要的電子陶瓷材料，具有高介電常數(shù)
