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化学气相沉积

化學氣相沉積(英語:chemical vapor deposition,簡稱CVD)是一種用來產生純度高、性能好的固態材料的化學技術。半導體產業使用此技術來成長薄膜。典型的CVD製程是將晶圓(基底)暴露在一種或多種不同的前趨物下,在基底表面發生化學反應或/及化學分解來產生欲沉積的薄膜。反應過程中通常也會伴隨地產生不同的副產品,但大多會隨著氣流被帶走,而不會留在反應腔(reaction chamber)中。

微制程大都使用CVD技术来沉积不同形式的材料,包括单晶多晶、非晶及磊晶材料。这些材料有碳纤维、碳奈米纤维、奈米线奈米碳管SiO2硅锗硅碳氮化硅、氮氧化硅及各种不同的高介電係數英语High-κ dielectric等材料。CVD制程也常用来生成合成钻石

化學氣相沉積的種類

一些CVD技術被廣泛地使用及在文獻中被提起。這些技術有不同的起始化學反應機制(如活化機制)及不同的製程條件。

  • 以反應時的壓力分類
    • 常壓化學氣相沉積(Atmospheric Pressure CVD,APCVD):在常壓環境下的CVD製程。
    • 低壓化學氣相沉積(Low-pressure CVD,LPCVD):在低壓環境下的CVD製程。降低壓力可以減少不必要的氣相反應,以增加晶圓上薄膜的一致性。大部份現今的CVD製程都是使用LPCVD或UHVCVD。
    • 超高真空化學氣相沉積(Ultrahigh vacuum CVD,UHVCVD:在非常低壓環境下的CVD製程。大多低於10-6 Pa (約為10-8 torr)。註:在其他領域,高真空和超高真空英语ultra-high vacuum大都是指同樣的真空度,約10-7 Pa。
  • 以氣相的特性分類
    • 氣溶膠輔助氣相沉積(Aerosol assisted CVD,AACVD):使用液體/氣體的氣溶膠的前驅物成長在基底上,成長速非常快。此種技術適合使用非揮發的前驅物。
    • 直接液体注入化学气相沉积(Direct liquid injection CVD,DLICVD):使用液体(液体或固体溶解在合适的溶液中)形式的前驱物。液相溶液被注入到蒸发腔里变成注入物。接着前驱物经由传统的CVD技术沉积在基底上。此技术适合使用液体或固体的前驱物。此技术可达到很多的成长速率。
  • 电浆技术(可参考电浆制程英语Plasma processing
    • 微波等离子体辅助化学气相沉积(Microwave plasma-assisted CVD,MPCVD)
    • 等离子体增强化学气相沉积法(Plasma-Enhanced CVD,PECVD):利用等离子体增加前驱物的反应速率。PECVD技术允许在低温的环境下成长,这是半导体制造中广泛使用PECVD的最重要原因。
    • 远距电浆增强化学气相沉积(Remote plasma-enhanced CVD,RPECVD):和PECVD技术很相近的技术。但晶圆不直接放在电浆放电的区域,反而放在距离电浆远一点的地方。晶圆远离电浆区域可以让制程温度降到室温。
  • 原子層化學氣相氣相沉積(Atomic layer CVD,ALCVD):連續沉積不同材料的晶體薄膜層。參見原子層磊晶(原子层沉积)。
  • 熱絲化學氣相沉積(Hot wire CVD,HWCVD):也稱做觸媒化學氣相沉積(Catalytic CVD,Cat-CVD)或熱燈絲化學氣相沉積(Hot filament CVD,HFCVD)。使用熱絲化學分解來源氣體。[1]
  • 混合物理化學氣相沉積(Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition,HPCVD):一種氣相沉積技術,包含化學分解前驅氣體及蒸發固體源兩種技術。
  • 快速熱化學氣相沉積(Rapid thermal CVD, RTCVD):使用加熱燈或其他方法快速加熱晶圓。只對基底加熱,而不是氣體或腔壁。可以減少不必要的氣相反應,以免產生不必要的粒子
  • 氣相外延(Vapor phase epitaxy, VPE)

通常用于集成电路的沉积材料

本节讨论通常用于集成电路的CVD工艺。不同的材料会应用于不同的环境。

多晶硅

多晶硅是从硅烷(SiH4)沉积所得到的。使用以下反应:

SiH4 → Si + 2 H2

这种反应通常使用低压化学气相沉积系统(LPCVD),使用单纯的硅烷或用70-80%的氮硅烷作为原料。在温度在600°C至650°C之间,压力为25~150帕斯卡的条件下,沉积速度在每分钟10至20纳米之间。另一种工艺使用氢为还原剂。氢气会降低增长速度,所以温度提高到850甚至1050℃进行补偿。 多晶硅的沉积可以和掺杂同时进行。即把磷,砷或者乙硼烷加入CVD反应腔。乙硼烷的会令增长率增加,但砷化氢和磷化氢会令沉积速度减小。

二氧化硅

SiH4+O2 → SiO2+2H2

氮化硅

使用以下反应:SiH4 + 4 N2O → SiO2 + 2 H2O + 4 N2.

金属

通常用于高分子聚合的沉积材料

聚对二甲苯(parylene)以及其衍生物

Parylene-N的單體經過高溫爐(約攝氏600-800度)裂解後會形成自由基,而最後隨著帶入的惰性氣體沉積在低溫的表面上

大多數parylenes是鈍化薄膜或塗層。這意味著他們保護的設備可以防止水,化學品的侵害。這是一個重要的特點,然而在許多應用上都需要鍵結的其他材料在聚對二甲苯上,例如對二甲苯對二甲苯,對二甲苯表面固定催化劑或酶......。一些的反應性對二甲苯,例如:1.胺基對二甲苯(一個胺在每個重複單元,Kisco公司產品)2.一甲基胺對二甲苯(一甲基胺每個重複單元,Kisco公司產品)

一甲基胺对二甲苯比胺基对二甲苯有更大的反应性,因为它带着更强的硷基。当相邻的苯环胺组,胺基,是在稳定的共振,因此变得更加酸性,相对碱性较弱。然而[胺基对二甲苯]是更容易合成,因此它的成本较低。

參考文獻

  1. ^ Schropp, R.E.I.; B. Stannowski, A.M. Brockhoff, P.A.T.T. van Veenendaal and J.K. Rath. Hot wire CVD of heterogeneous and polycrystalline silicon semiconducting thin films for application in thin film transistors and solar cells (PDF). Materials Physics and Mechanics: 73–82. [2008-03-31]. (原始内容 (PDF)于2020-05-13). 

外部連結

化学气相沉积, 本條目存在以下問題, 請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法, 此條目需要补充更多来源, 2018年11月24日, 请协助補充多方面可靠来源以改善这篇条目, 无法查证的内容可能會因為异议提出而移除, 致使用者, 请搜索一下条目的标题, 来源搜索, 网页, 新闻, 书籍, 学术, 图像, 以检查网络上是否存在该主题的更多可靠来源, 判定指引, 此條目可参照英語維基百科相應條目来扩充, 2020年9月30日, 若您熟悉来源语言和主题, 请协助参考外语维基百科扩充条目, 请勿直接提交机械翻译, 也不要. 本條目存在以下問題 請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法 此條目需要补充更多来源 2018年11月24日 请协助補充多方面可靠来源以改善这篇条目 无法查证的内容可能會因為异议提出而移除 致使用者 请搜索一下条目的标题 来源搜索 化学气相沉积 网页 新闻 书籍 学术 图像 以检查网络上是否存在该主题的更多可靠来源 判定指引 此條目可参照英語維基百科相應條目来扩充 2020年9月30日 若您熟悉来源语言和主题 请协助参考外语维基百科扩充条目 请勿直接提交机械翻译 也不要翻译不可靠 低品质内容 依版权协议 译文需在编辑摘要注明来源 或于讨论页顶部标记 a href Template Translated page html title Template Translated page Translated page a 标签 化學氣相沉積 英語 chemical vapor deposition 簡稱CVD 是一種用來產生純度高 性能好的固態材料的化學技術 半導體產業使用此技術來成長薄膜 典型的CVD製程是將晶圓 基底 暴露在一種或多種不同的前趨物下 在基底表面發生化學反應或 及化學分解來產生欲沉積的薄膜 反應過程中通常也會伴隨地產生不同的副產品 但大多會隨著氣流被帶走 而不會留在反應腔 reaction chamber 中 微制程大都使用CVD技术来沉积不同形式的材料 包括单晶 多晶 非晶及磊晶材料 这些材料有硅 碳纤维 碳奈米纤维 奈米线 奈米碳管 SiO2 硅锗 钨 硅碳 氮化硅 氮氧化硅及各种不同的高介電係數 英语 High k dielectric 等材料 CVD制程也常用来生成合成钻石 目录 1 化學氣相沉積的種類 2 通常用于集成电路的沉积材料 2 1 多晶硅 2 2 二氧化硅 2 3 氮化硅 2 4 金属 3 通常用于高分子聚合的沉积材料 4 參考文獻 5 外部連結化學氣相沉積的種類 编辑一些CVD技術被廣泛地使用及在文獻中被提起 這些技術有不同的起始化學反應機制 如活化機制 及不同的製程條件 以反應時的壓力分類 常壓化學氣相沉積 Atmospheric Pressure CVD APCVD 在常壓環境下的CVD製程 低壓化學氣相沉積 Low pressure CVD LPCVD 在低壓環境下的CVD製程 降低壓力可以減少不必要的氣相反應 以增加晶圓上薄膜的一致性 大部份現今的CVD製程都是使用LPCVD或UHVCVD 超高真空化學氣相沉積 Ultrahigh vacuum CVD UHVCVD 在非常低壓環境下的CVD製程 大多低於10 6 Pa 約為10 8 torr 註 在其他領域 高真空和超高真空 英语 ultra high vacuum 大都是指同樣的真空度 約10 7 Pa 以氣相的特性分類 氣溶膠輔助氣相沉積 Aerosol assisted CVD AACVD 使用液體 氣體的氣溶膠的前驅物成長在基底上 成長速非常快 此種技術適合使用非揮發的前驅物 直接液体注入化学气相沉积 Direct liquid injection CVD DLICVD 使用液体 液体或固体溶解在合适的溶液中 形式的前驱物 液相溶液被注入到蒸发腔里变成注入物 接着前驱物经由传统的CVD技术沉积在基底上 此技术适合使用液体或固体的前驱物 此技术可达到很多的成长速率 电浆技术 可参考电浆制程 英语 Plasma processing 微波等离子体辅助化学气相沉积 Microwave plasma assisted CVD MPCVD 等离子体增强化学气相沉积法 Plasma Enhanced CVD PECVD 利用等离子体增加前驱物的反应速率 PECVD技术允许在低温的环境下成长 这是半导体制造中广泛使用PECVD的最重要原因 远距电浆增强化学气相沉积 Remote plasma enhanced CVD RPECVD 和PECVD技术很相近的技术 但晶圆不直接放在电浆放电的区域 反而放在距离电浆远一点的地方 晶圆远离电浆区域可以让制程温度降到室温 原子層化學氣相氣相沉積 Atomic layer CVD ALCVD 連續沉積不同材料的晶體薄膜層 參見原子層磊晶 原子层沉积 熱絲化學氣相沉積 Hot wire CVD HWCVD 也稱做觸媒化學氣相沉積 Catalytic CVD Cat CVD 或熱燈絲化學氣相沉積 Hot filament CVD HFCVD 使用熱絲化學分解來源氣體 1 有機金屬化學氣相沉積 Metalorganic chemical vapor deposition MOCVD 前驅物使用有機金屬的CVD技術 混合物理化學氣相沉積 Hybrid Physical Chemical Vapor Deposition HPCVD 一種氣相沉積技術 包含化學分解前驅氣體及蒸發固體源兩種技術 快速熱化學氣相沉積 Rapid thermal CVD RTCVD 使用加熱燈或其他方法快速加熱晶圓 只對基底加熱 而不是氣體或腔壁 可以減少不必要的氣相反應 以免產生不必要的粒子 氣相外延 Vapor phase epitaxy VPE 通常用于集成电路的沉积材料 编辑此章节需要扩充 本节讨论通常用于集成电路的CVD工艺 不同的材料会应用于不同的环境 多晶硅 编辑 多晶硅是从硅烷 SiH4 沉积所得到的 使用以下反应 SiH4 Si 2 H2这种反应通常使用低压化学气相沉积系统 LPCVD 使用单纯的硅烷或用70 80 的氮硅烷作为原料 在温度在600 C至650 C之间 压力为25 150帕斯卡的条件下 沉积速度在每分钟10至20纳米之间 另一种工艺使用氢为还原剂 氢气会降低增长速度 所以温度提高到850甚至1050 进行补偿 多晶硅的沉积可以和掺杂同时进行 即把磷 砷或者乙硼烷加入CVD反应腔 乙硼烷的会令增长率增加 但砷化氢和磷化氢会令沉积速度减小 二氧化硅 编辑 SiH4 O2 SiO2 2H2 氮化硅 编辑 使用以下反应 SiH4 4 N2O SiO2 2 H2O 4 N2 金属 编辑通常用于高分子聚合的沉积材料 编辑聚对二甲苯 parylene 以及其衍生物Parylene N的單體經過高溫爐 約攝氏600 800度 裂解後會形成自由基 而最後隨著帶入的惰性氣體沉積在低溫的表面上大多數parylenes是鈍化薄膜或塗層 這意味著他們保護的設備可以防止水 化學品的侵害 這是一個重要的特點 然而在許多應用上都需要鍵結的其他材料在聚對二甲苯上 例如對二甲苯對二甲苯 對二甲苯表面固定催化劑或酶 一些的反應性對二甲苯 例如 1 胺基對二甲苯 一個胺在每個重複單元 Kisco公司產品 2 一甲基胺對二甲苯 一甲基胺每個重複單元 Kisco公司產品 一甲基胺对二甲苯比胺基对二甲苯有更大的反应性 因为它带着更强的硷基 当相邻的苯环胺组 胺基 是在稳定的共振 因此变得更加酸性 相对碱性较弱 然而 胺基对二甲苯 是更容易合成 因此它的成本较低 參考文獻 编辑 Schropp R E I B Stannowski A M Brockhoff P A T T van Veenendaal and J K Rath Hot wire CVD of heterogeneous and polycrystalline silicon semiconducting thin films for application in thin film transistors and solar cells PDF Materials Physics and Mechanics 73 82 2008 03 31 原始内容存档 PDF 于2020 05 13 引文使用过时参数coauthors 帮助 外部連結 编辑 取自 https zh wikipedia org w index php title 化学气相沉积 amp oldid 69854470, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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