化学气相沉积

化学气相沉积 (CVD) 是一种真空沉积方法，用于生产高质量、高性能的固体材料。 该工艺常用于半导体工业生产薄膜。

在典型的 CVD 中，晶片（基板）暴露于一种或多种挥发性前体，这些前体在基板表面反应和/或分解以产生所需的沉积物。 通常，还会产生挥发性副产物，这些副产物会被流过反应室的气流除去。

微加工工艺广泛使用 CVD 沉积各种形式的材料，包括：单晶、多晶、非晶和外延。 这些材料包括：硅（二氧化硅、碳化物、氮化物、氮氧化物）、碳（纤维、纳米纤维、纳米管、金刚石和石墨烯）、碳氟化合物、灯丝、钨、氮化钛和各种高 κ 电介质。

化学气相沉积一词是 1960 年由 John M. Blocher, Jr. 创造的，他打算将化学气相沉积 (PVD) 与物理气相沉积 (PVD) 区分开来。

CVD 有多种形式。 这些过程通常在引发化学反应的方式上有所不同。

• 按操作条件分类：
  • 大气压 CVD (APCVD) – 大气压下的 CVD。
  • 低压 CVD (LPCVD) – 低于大气压的 CVD。 降低压力往往会减少不需要的气相反应并提高晶圆上的薄膜均匀性。
  • 超高真空 CVD (UHVCVD) – 在非常低的压力下进行 CVD，通常低于 10-6 Pa（≈10-8 托）。 请注意，在其他领域，高真空和超高真空之间的较低划分很常见，通常为 10−7 Pa。
  • 低于大气压的 CVD (SACVD) – 在低于大气压的条件下进行 CVD。 使用原硅酸四乙酯 (TEOS) 和臭氧用二氧化硅 (SiO2) 填充高纵横比硅结构。

大多数现代 CVD 是 LPCVD 或 UHVCVD。

• 按蒸气的物理特性分类：
  • 气溶胶辅助 CVD (AACVD) – CVD，其中前体通过液体/气体气溶胶传输到基板，可以超声波生成。 该技术适用于非挥发性前体。
  • 直接液体注入 CVD (DLICVD) – 前体呈液体形式（液体或固体溶解在方便的溶剂中）的 CVD。 液体溶液在汽化室中注入喷射器（通常是汽车喷射器）。 前体蒸气然后像传统 CVD 一样被输送到基板。 该技术适用于液体或固体前体。 使用这种技术可以实现高增长率。
• 按基板加热类型分类：
  • 热壁 CVD – 腔室由外部电源加热，衬底由加热腔室壁的辐射加热。
  • 冷壁 CVD – 仅通过感应或使电流通过基板本身或与基板接触的加热器直接加热基板的 CVD。 室壁处于室温。
• 等离子方法（另见等离子处理）：
  • 微波等离子体辅助 CVD (MPCVD)
  • 等离子体增强 CVD (PECVD) – 利用等离子体提高前体化学反应速率的 CVD。 PECVD 工艺允许在较低温度下进行沉积，这在半导体制造中通常很关键。 较低的温度还允许沉积有机涂层，例如用于纳米粒子表面功能化的等离子体聚合物。
  • 远程等离子增强 CVD (RPECVD) – 与 PECVD 类似，只是晶圆基板不直接位于等离子放电区域。 从等离子区域移除晶圆可使处理温度降至室温。
  • 低能等离子增强化学气相沉积 (LEPECVD) - CVD 采用高密度、低能等离子在高速率和低温下获得半导体材料的外延沉积。
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• 原子层 CVD (ALCVD) – 沉积不同物质的连续层以产生分层的结晶薄膜。 参见原子层外延。
• 燃烧化学气相沉积 (CCVD) - 燃烧化学气相沉积或火焰热解是一种开放式、基于火焰的技术，用于沉积高质量薄膜和纳米材料。
• 热丝 CVD (HFCVD) – 也称为催化 CVD (Cat-CVD) 或更常见的引发式 CVD，此过程使用热丝对源气体进行化学分解。 因此，灯丝温度和基板温度是独立控制的，允许较低的温度在基板上获得更好的吸收率，并允许在灯丝处将前体分解为自由基所需的较高温度。
• 混合物理化学蒸气