常压化学气相沉积(APCVD)

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化学气相沉积法制备石墨烯材料

化学气相沉积法制备石墨烯材料

化学气相沉积法新材料的制备1 化学气相沉积法化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术,包括大范围的绝缘材料,大多数金属材料和金属合金材料。

从理论上来说,它是很简单的:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生化学反应,形成一种新的材料,沉积到晶片表面上。

淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子,它是由硅烷和氮反应形成的。

1.1 化学气相沉积法的原理化学气相沉积法是利用气相反应,在高温、等离子或激光辅助灯条件下,控制反应器呀、气流速率、基板材料温度等因素,从而控制纳米微粒薄膜的成核生长过程;或者通过薄膜后处理,控制非晶薄膜的晶化过程,从而或得纳米结构的薄膜材料。

CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。

通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜,也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料,同时让高熔点物质可以在较低温度下制备。

1.2 分类用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料,包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。

采用各种反应形式,选择适当的制备条件—基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜才来。

通过反应类型或者压力来分类,可以将化学气相沉积法分为:低压CVD(LPCVD),常压CVD(APCVD),亚常压CVD(SACVD),超高真空CVD(UHCVD),等离子体增强CVD(PECVD),高密度等离子体CVD(HDPCVD)以及快热CVD(RTCVD),以及金属有机物CVD(MOCVD) 化学气相沉积的化学反应形式,主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。

具体表现如下表:表1-1 化学气相沉积的各种反应形式1.3 反应参数CVD反应室中的反应是很复杂的,有很多必须考虑的因素,沉积参数的变化范围是很宽的:反应室内的压力、晶片的温度、气体的流动速率、气体通过晶片的路程、气体的化学成份、一种气体相对于另一种气体的比率、反应的中间产品起的作用、以及是否需要其它反应室外的外部能量来源加速或诱发想得到的反应等。

气相沉积的概念

气相沉积的概念

气相沉积的概念气相沉积(Gas Phase Deposition)是一种常用的薄膜制备技术,它通过在气体相中加入适当的前体物质,利用物质的气相反应来沉积不同材料的薄膜。

气相沉积技术包括化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)两种。

化学气相沉积是指利用化学反应使气态前体分子发生解离或化学反应,并在衬底表面上生成固态产物的过程。

化学气相沉积可以分为低压化学气相沉积(LPCVD)和大气压化学气相沉积(APCVD)。

前者是在真空或低压环境下进行,后者则是在大气压下进行。

低压化学气相沉积主要通过两种方式进行:热解和气相化学反应。

在热解法中,高压气体通过加热管,被导入反应室中,然后沉积在衬底上。

而在气相化学反应中,通常需要增加催化剂,先生成前体气体,然后进行气相反应,最后在衬底表面上形成固态化合物。

在低压化学气相沉积中,可以制备出包括二氧化硅、多晶硅、金刚石、碳化硅等材料的薄膜。

大气压化学气相沉积常用于较简单的沉积过程,例如氧化物的沉积。

在该方法中,通常将前体分子溶解在溶剂中,形成液体溶液,然后将衬底浸入溶液中,通过加热使溶液中的前体分子析出并沉积在衬底上。

大气压化学气相沉积主要用于制备硅氧薄膜、氮化硅薄膜和锡氧化物薄膜等。

物理气相沉积是通过物理手段将固体物质转变为薄膜。

物理气相沉积包括物理气相淀积(Physical Vapor Deposition, PVD)和分子束外延(Epitaxy, MBE)两种方法。

物理气相沉积的主要特点是沉积温度低、沉积速度快,且可以制备出高纯度的薄膜。

物理气相淀积通常包括蒸发法和溅射法两种技术。

蒸发法是将沉积材料加热至其蒸汽压以上,然后通过进一步冷凝沉积在衬底表面上。

溅射法是将材料制备成靶材,然后用高能粒子轰击靶材,使材料脱离靶材并沉积在衬底上。

物理气相沉积主要用于制备金属和合金材料的薄膜。

分子束外延是一种用于制备高质量晶体薄膜的技术。

在分子束外延中,通过高真空环境下,利用分子束磊晶或分子束蒸镀方法,将具有单晶性的材料沉积在衬底上。

常压化学气相沉积(APCVD)

常压化学气相沉积(APCVD)
2. Gases diffuse through the boundary layer.
3. Gases come in contact with surface of substrate.
4. Deposition reaction takes place on surface of substrate.
a) Gas Velocity b) Reactant-Gas Concentration c) Temperature
Illustration of a horizontal APCVD reactor
Equipment structures
Illustration of structures of APCVD system
Gof .i = standard free energy of formation of species • “i” at temperature T and 1 atm.
• R = gas constant
• T = absolute temperature
• Q = iaizi
•ai = activity of species “i” which is = 1 for pure solids and =
• A CVD reaction is governed by thermodynamics, that is the
driving force which indicates the direction the reaction is going to proceed (if at all), and by kinetics, which defines the transport process and determines the rate-control mechanism, in other words, how fast it is going.

PECVD沉积

PECVD沉积
PECVD
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 等离子体增强化学气相沉积
CVD 定义
• 化学气相沉积是通过化学反应方式,利用加 热、等离子激励或光辐射等各种能源,在反 应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相 或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的 技术。 • 简单来说就是:两种或两种以上的气态原材 料导入到一个反应室内 ,然后他们相互之间发 生化学反应,形成一种新的材料,沉积到基 片表面上。
ZnO
• 氧化锌基薄膜的研究进展迅速,材料性能 已可与ITO相比拟,结构为六方纤锌矿型。 其中铝掺杂的氧化锌薄膜研究较为广泛, 它的突出优势是原料易得,制造成本低廉, 无毒,易于实现掺杂,且在等离子体中稳 定性好。预计会很快成为新型的光伏TCO 产品。目前主要存在的问题是工业化大面 积镀膜时的技术问题。
ITO
• ITO(IndiumTinOxide)镀膜玻璃是一种非常成熟 的产品,具有透过率高,膜层牢固,导电性好等 特点,初期曾应用于光伏电池的前电极。但随着 光吸收性能要求的提高,TCO玻璃必须具备提高 光散射的能力,而ITO镀膜很难做到这一点,并 且激光刻蚀性能也较差。铟为稀有元素,在自然 界中贮存量少,价格较高。ITO应用于太阳能电 池时在等离子体中不够稳定,因此目前ITO镀膜 已非光伏电池主流的电极玻璃。
一般说来,采用PECVD 技术制备薄膜材料时,薄膜的 生长主要包含以下三个基本过程:
(一)在非平衡等离子体中,电子与反应气体发 生初级反应,使得反应气体发生分解,形成离子 和活性基团的混合物; (二)各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散 输运,同时发生各反应物之间的次级反应;
(三)到达生长表面的各种初级反应和次级反应 产物被吸附并与表面发生反应,同时伴随有气相 分子物的再放出。

化学气相沉积法分类

化学气相沉积法分类

电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下,用引弧针引弧,使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电,阴极表面快速移动着多个阴极弧斑,不断迅速蒸发甚至“异华”镀料,使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体,并能迅速将镀料沉积于基体。
离子镀基本原理是在真空条件下,采用某种等离子体电离技术,使镀料原子部分电离成离子,同时产生许多高能量的中性原子,在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下,离子沉积于基体表面形成薄膜。
物理气相沉积法主要方法
真空蒸镀基本原理是在真空条件下,使金属、金属合金或化合物蒸发,然后沉积在基体表面上,蒸发的方法常用电阻加热,高频感应加热,电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料,使蒸发成气相,然后沉积在基体表面。
溅射镀膜是充氩(Ar)气的真空条件下,使氩气进行辉光放电,这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+),氩离子在电场力的作用下,加速轰击以镀料制作的阴极靶材,靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电,称直流溅射,射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。
离子镀基本原理是在真空条件下,采用某种等离子体电离技术,使镀料原子部分电离成离子,同时产生许多高能量的中性原子,在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下,离子沉积于基体表面形成薄膜。
快速热化学气相沉积(Rapid thermal CVD, RTCVD):使用加热灯或其他方法快速加热晶圆。只对基底加热,而不是气体或腔壁。可以减少不必要的气相反应,以免产生不必要的粒子。
低压化学气相沉积(Low-pressure CVD, LPCVD):在低压环境下的CVD制程。降低压力可以减少不必要的气相反应,以都是使用LPCVD或UHVCVD。
有机金属化学气相沉积法(MOCVD, Metal-organic Chemical Vapor Deposition),前驱物使用有机金属的CVD技术。它是以III族、II族的有机化合物同V族、VI族的氢化物等作为晶体生长源材料,以热分解反应方式在衬底上进行气相外延,生长各种III-V族、II-VII族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。

化学气相沉积

化学气相沉积

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(中文版)2016年

化学气相沉积(中文版)2016年
• 大型有机分子 • TEOS分子不是完整对称的 • 可以与表面形成氢键并物理吸附在基片表面 • 表面迁移率高 • 好的阶梯覆盖、保形性与间隙填充 • 广泛使用在氧化物的沉积上
两种主要CVD源材料的主要特点
硅烷成本低,沉积速率较快
因为TEOS比硅烷热分解产物的黏附系数小一个数量 级,所以TEOS在表面的迁移能力与再发射能力都很 强,台阶覆盖性较好.
的加热回流温度,可以形成更为平坦的表面. • BPSG (在PSG基础上掺硼形成的硼磷硅玻璃)
:可以进一步减低回流的圆滑温度而磷的浓 度不会过量
PSG在摄氏1100 °C, N2气氛中退火 20分钟回流圆滑情形
0wt%
2.2wt%
4.6wt%
资料来源: VLSI Technology, by S.M. Sze
• 射频在沉积气体中感应等离子体场以提 高反应效率,因此,低温低压下有高的 沉积速率.
• 表面所吸附的原子不断受到离子与电子 的轰击,容易迁移,使成膜均匀性好,台阶覆 盖性好
等离子体增强型化学气相沉积 (PECVD)
制程反 应室
制程反 应室
晶圆
RF功率产生器 等离子体
副产品被 泵浦抽走
加热板
保形覆盖
CVD二氧化硅应用
• 钝化层 • 浅沟槽绝缘(STI) • 侧壁空间层 • 金属沉积前的介电质层(PMD) • 金属层间介电质层(IMD)
浅沟槽绝缘(STI)
成长衬垫氧化层 沉积氮化硅
蚀刻氮化硅 ,氧化硅与 硅基片
成长阻挡氧 化层
CVD USG 沟槽填充
CMP USG USG 退火
剥除氮化硅 与氧化硅
CVD氮化硅的特性与沉积方法
• 很适合于作钝化层,因为 • 它有非常强的抗扩散能力,尤其是钠和水

CVD

CVD
化学气相沉积技术
CVD
化学气相沉积技术
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition---CVD)


沉积是指一种材料以物理方式沉积在基体表面的成 型工艺过程。 CVD是一种用来产生纯度高、性能好的固态材料的 化学技术。该技术将基底暴露在一种或多种不同的 前驱物下,通过在基底表面发生化学反应或化学分 解来沉积产生薄膜。

PECVD---工作原理

1. 2.
以碳氢化合物(CH4、C2H2等)为气体原料与氢气 混合,利用微波使碳氢化合物离解,在等离子态时, 氢离子相互结合成氢气,可以被抽真空设备抽走, 剩下的碳离子带正电荷,因此在需生长金刚石薄膜 或钻石的基体上通负电,在电场的引导下,带正电 荷的碳离子就会向通负电的基体移动,最后沉淀在 基体上。 在金刚石基体上按照金刚石晶格生长出单晶钻石; 在非金刚石(Si、SiC等)基体上生长出多晶金刚 石薄膜层。CVFra bibliotek技术的分类


1.常压化学气相沉积 APCVD (Atmospheric Pressure CVD) 2.低压化学气相沉积 LPCVD (Low-pressure CVD) 3. 等离子体增强化学气相沉积PECVD ( Plasma Enhanced CVD )
CVD技术的应用
使用CVD技术可以沉积不同形式的材料 包括:单晶、多晶、非晶及磊晶材料。 这些材料包含:硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳 米线、纳米碳管、SiO2、硅碳、氮化硅、氮 氧化硅等材料。 CVD可用来合成钻石。

CVD技术举例---PECVD
PECVD是借助微波使含有薄膜组成原子的气 体电离,在局部形成等离子体,利用了等离子 体的化学活性很强的特点来促进反应,可使化 学反应能在较低的温度下进行,在基体上沉积 出所期望的薄膜。 使用PECVD可以合成钻石。相比原有的利用 高温高压的方法将碳转变为钻石的方法,生产 要求大大降低,随着技术的不断改进,将可以 批量生产出大颗粒的钻石。

半导体专业词汇

半导体专业词汇

半导体专业词汇1. ADI 显影后检查.定义:After Developing Inspection 的缩写.目的:检查黄光室制程;光刻胶覆盖→对准→曝光→显影。

发现缺点后,如覆盖不良、显影不良等即予修改,以维护产品良率、品质。

.方法:利用目检、显微镜为之。

2. AEI 刻蚀后检查.定义:AEI即After Etching Inspection,在蚀刻制程光刻胶去除前及光刻胶去除后,分别对产品实施全检或抽样检查。

.目的:a. 提高产品良率,避免不良品外流。

b.达到品质的一致性和制程的重复性。

c.显示制程能力的指针。

d.阻止异常扩大,节省成本.通常AEI检查出来的不良品,非必要时很少作修改,因为重去氧化层或重长氧化层可能造成组件特性改变可靠性变差、缺点密度增加,生产成本增高,以及良率降低的缺点。

3. AIR SHOWER 空气洗尘室 进入洁净室的前,需穿无尘衣,因在外面更衣室的故,无尘衣上沾着尘埃,故进洁净室的前,需经空气喷洗机将尘埃吹掉。

4. AL/SI 铝/硅靶 此为金属溅镀时所使用的一种金属合金材料利用Ar(氩)游离的离子,让其撞击此靶的表面,把Al/Si的原子撞击出来,而镀在芯片表面上,一般使用的组成为Al/Si (1%),将此当作组件与外界导线连接。

5. AL/SI/CU 铝/硅/铜 金属溅镀时所使用的原料名称,通常是称为TARGET,其成分为0.5﹪铜,1﹪硅及98.5﹪铝,一般制程通常是使用99﹪铝1﹪硅,后来为了金属电荷迁移现象、(ELECTROMIGRATION)故渗加0.5﹪铜,以降低金属电荷迁移。

6. ALUMINUN 铝 此为金属溅镀时所使用的一种金属材料,利用Ar(氩)游离的离子,让其撞击此种材料做成的靶表面,把Al的原子撞击出来,而镀在芯片表面上,将此当作组件与外界导线的连接。

7. ANGSTRON 埃 埃是一个长度单位,其大小为1公尺的百亿分之一,约为人的头发宽度的五十万分之一。

PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展

PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展

毕业设计(论文)( 2013 届)题目 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展学号 **********姓名钟建斌所属系新能源科学与工程学院专业材料加工及技术应用班级 10材料(1)班指导教师胡耐根新余学院教务处制目录摘要 (1)Abstract ................................. 错误!未定义书签。

第一章氮化硅薄膜的性质与制备方法 (3)1.1 氮化硅薄膜的性质 (3)1.2 与常用减反射膜的比较 (4)1.3 氮化硅薄膜的制备方法 (6)第二章工艺参数对PECVD法制备氮化硅减反膜性能的影响研究 . 92.1 温度对双层氮化硅减反膜性能的影响 (9)2.2 射频频率对双层氮化硅减反膜性能的影响 (10)2.3 射频功率对双层氮化硅性能的影响 (10)2.4 腔室压力对氮化硅减反膜性能的影响 (11)2.5 优化前后对太阳电池电性能对比分析 (12)第三章结论与展望 (14)参考文献 (16)致谢 (17)PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展摘要功率半导体器件芯片制造过程中实际上就是在衬底上多次反复进行的薄膜形成、光刻与掺杂等加工过程,其首要的任务是解决薄膜制备问题。

随着功率半导体器件的不断发展,要求制备的薄膜品种不断增加,对薄膜的性能要求日益提高,新的制备方法随之不断涌现,并日趋成熟。

以功率半导体器件为例,早期的器件只需在硅衬底上生长热氧化硅与单层金属膜即可;随着半导体工艺技术的进步和发展,为了改进器件的稳定性与可靠性还需淀积 PSG、Si3N4、半绝缘多晶硅等等钝化膜。

氮化硅是一种性能优良的功能材料,它具有良好的介电特性(介电常数低、损耗低)、高绝缘性,而且高致密性的氮化硅对杂质离子,即使是很小体积的 Na+都有很好的阻挡能力。

因此, 氮化硅被作为一种高效的器件表面钝化层而广泛应用于半导体器件工艺中。

等离子增强型化学气相淀积(PECVD)是目前较为理想和重要的氮化硅薄膜制备方法。

cvd在薄膜生产中的应用

cvd在薄膜生产中的应用

cvd在薄膜生产中的应用
CVD在薄膜生产中有广泛的应用,主要用于沉积半导体和介质薄膜。

这些
薄膜可以用于各种不同的工艺,如前段的栅氧化层、侧墙、PMD,以及后
段的IMD、阻挡层、钝化层等。

CVD按反应压强和前驱体等不同主要分为APCVD、LPCVD、PECVD等。

在微米时代,常压化学气相沉积(APCVD)设备是主流,结构简单。

进入
亚微米时代,低压化学气相沉积(LPCVD)成为主流,它提升了薄膜的均
匀性和沟槽覆盖填充能力。

到了90nm以后,等离子增强化学气相沉积(PECVD)扮演重要角色,等离子体作用下,降低反应温度,提升薄膜纯度,加强薄膜密度。

此外,CVD也可用于沉积金属/金属化合物薄膜。

而在45nm以后,随着高介电材料(High k)和金属栅(Metal Gate)的引入,原子层沉积(ALD)设备也被引入以制备这些材料。

ALD设备主要用于低k/高k介质沉积、高
深宽比沟槽填充、双重曝光工艺等,主要满足新兴薄膜/工艺需求。

在一些特定的沟槽填充场景,可能需要HDP-CVD、SACVD、FCVD等设备作为补充;在某些金属/金属氧化物薄膜沉积过程中,也需要电镀、M-CVD 等方法作为补充。

以上信息仅供参考,如需更多信息,建议查阅相关文献或咨询专业人士。

电子与通信技术:集成电路工艺原理考试题(强化练习)

电子与通信技术:集成电路工艺原理考试题(强化练习)

电子与通信技术:集成电路工艺原理考试题(强化练习)1、名词解释蒸发镀膜正确答案:加热蒸发源,使原子或分子从蒸发源表面逸出,形成蒸汽流并入射到硅片(衬底)表面,凝结形成固态薄膜。

2、名词解释恒定表面源扩散正确答案:在整个(江南博哥)扩散过程中,杂质不断进入硅中,而表面杂质浓度始终保持不变。

3、判断题外延就是在单晶衬底上淀积一层薄的单晶层,即外延层。

正确答案:对4、填空题制作通孔的主要工艺步骤是:1、();2、();3、()。

正确答案:第一层层间介质氧化物淀积;氧化物磨抛;第十层掩模和第一层层间介质刻蚀5、名词解释溅射镀膜正确答案:溅射镀膜是利用电场对辉光放电过程中产生出来的带电离子进行加速,使其获得一定的动能后,轰击靶电极,将靶电极的原子溅射出来,沉积到衬底形成薄膜的方法。

6、名词解释物理气相沉积正确答案:“物理气相沉积”通常指满意下面三个步骤的一类薄膜生长技术:A.所生长的材料以物理的方式由固体转化为气体;B.生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底;C.蒸汽在衬底表面上凝聚,形成薄膜。

7、问答题简述引线材料?正确答案:用于集成电路引线的材料,需要注意的特性为电特性、绝缘性质、击穿、表面电阻热特性,玻璃化转化温度、热导率、热膨胀系数,机械特性,扬氏模量、泊松比、刚度、强度,化学特性,吸潮、抗腐蚀。

8、判断题LPCVD反应是受气体质量传输速度限制的。

正确答案:对9、判断题刻蚀的高选择比意味着只刻除想要刻去的那一层材料。

正确答案:对10、判断题半导体级硅的纯度为99.9999999%。

正确答案:对11、判断题芯片上的物理尺寸特征被称为关键尺寸,即CD。

正确答案:对12、判断题电机电流终点检测不适合用作层间介质的化学机械平坦化。

正确答案:对13、判断题高阻衬底材料上生长低阻外延层的工艺称为正向外延。

正确答案:错14、判断题关键层是指那些线条宽度被刻蚀为器件特征尺寸的金属层。

正确答案:对15、问答题测试过程4要素?正确答案:检测:确定被测器件(DUT)是否具有或者不具有某些故障。

CVD技术

CVD技术

CVD技术化学气相淀积(chemicalvapordeposition)是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技术特点:它具有沉积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖率好、适用范围广、设备简单等一系列优点cvd方法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sio2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等常见的CVD技术包括:(1)常压化学气相淀积(apcvd);(2)低压化w气相淀积(lpcvd);(3)等离子增强化w气相淀积(pecvd)常见的CVD薄膜包括二氧化硅(通常直接称为氧化层)、氮化硅、多晶硅难熔金属及其硅化物常压化学汽相淀积(npcvd)(normalpressurecvd)大气压化学气相沉积(APCVD/npcvd)是一种在大气压下进行化学气相沉积的方法,是化学气相沉积的最初方法。

该工艺所需系统简单,反应速度快,沉积速率可达1000a/min以上,特别适用于介质沉积,但缺点是均匀性差。

因此,APCVD通常用于厚介质沉积。

npcvd为最简单的cvd法,使用于各种领域中。

其一般装置是由(1)输送反应气体至反应炉的载气体精密装置;(2)使反应气体原料气化的反应气体气化室;(3)反应炉;(4)反应后的气体回收装置等所构成。

其中中心部分为反应炉,炉的形式可分为四个种类,这些装置中重点为如何将反应气体均匀送入,故需在反应气体的流动与基板位置上用心改进。

当为水平时,则基板倾斜;当为纵型时,着反应气体由中心吹出,且使基板夹具回转。

而汽缸型亦可同时收容多数基板且使夹具旋转。

为扩散炉型时,在基板的上游加有混和气体使成乱流的装置。

低压化学气相沉积(LPCVD)随着半导体工艺特征尺寸的减小,对薄膜的均匀性要求及膜厚的误差要求不断提高,出现了低压化学气相淀积(lpcvd)。

低压化学气相淀积是指系统工作在较低的压强下的一种化学气相淀积的方法。

化学气相沉积(中文版)2016

化学气相沉积(中文版)2016

岛状物合并
连续薄膜
CVD制程
• APCVD:常压化学气相沉积法 • LPCVD:低压化学气相沉积法 • PECVD :等离子体增强型化学气相沉 积法
APCVD反应器示意图
N2 制程气体 N2
晶圆
晶圆
加热器
输送带清洁装置
输送带 排气
常压化学气相沉积法(APCVD)
• APCVD制程发生在大气压力常压下,适合在开放 环境下进行自动化连续生产. • APCVD易于发生气相反应,沉积速率较快,可超 过1000Å/min,适合沉积厚介质层. 但由于反应速度较快,两种反应气体在还 未到达硅片表面就已经发生化学反应而产生生 成物颗粒,这些生成物颗粒落在硅片表面,影响 硅片表面的薄膜生长过程,比较容易形成粗糙 的多孔薄膜,使得薄膜的形貌变差.
硅烷分子结构
H
H
Si
H H
H
Si H
H
H
CVD源材料吸附: 硅烷
• 硅烷分子完全对称的四面体 • 不会形成化学吸附或物理吸附 • 但硅烷高温分解或等离子体分解的分子碎 片, SiH3, SiH2, or SiH, 很容易与基片表面形 成化学键,黏附系数大 • 表面迁移率低, 通常会产生悬突和很差的阶 梯覆盖
副产品被 泵浦抽走
加热板
保形覆盖
• 保形覆盖是指无论衬底表面有什么样的 倾斜图形,在所有图形的上面都能沉积有 相同厚度的薄膜
到达角度
180° B A
270° 90°
C
薄膜的厚度正比于到达角的取值范围
阶梯覆盖性与保形性
CVD 薄膜
c
a
结构
h d
b
w
基片
严重时会形成空洞
金属 介电质

材料常用制备方法

材料常用制备方法

材料常用制备方法一.晶体生长技术1.熔体生长法【melt growth method】(将欲生长晶体的原料熔化,然后让熔体达到一定的过冷而形成单晶)1。

1 提拉法特点:a. 可以在短时间内生长大而无错位晶体b.生长速度快,单晶质量好c。

适合于大尺寸完美晶体的批量生产1。

2 坩埚下降法特点:装有熔体的坩埚缓慢通过具有一定温度梯度的温场,开始时整个物料熔融,当坩埚下降通过熔点时,熔体结晶,随坩埚的移动,固液界面不断沿坩埚平移,至熔体全部结晶。

1。

3 区熔法特点:a。

狭窄的加热体在多晶原料棒上移动,在加热体所处区域,原料变成熔体,该熔体在加热器移开后因温度下降而形成单晶b.随着加热体的移动,整个原料棒经历受热熔融到冷却结晶的过程,最后形成单晶棒c.有时也会固定加热器而移动原料棒1.4 焰熔法特点:a.能生长出很大的晶体(长达1m)b。

适用于制备高熔点的氧化物c。

缺点是生长的晶体内应力很大1。

5 液相外延法优点:a。

生长设备比较简单;b.生长速率快;c。

外延材料纯度比较高;d.掺杂剂选择范围较广泛;e.外延层的位错密度通常比它赖以生长的衬底要低;f.成分和厚度都可以比较精确的控制,重复性好;操作安全。

缺点:a.当外延层与衬底的晶格失配大于1%时生长困难;b。

由于生长速率较快,难得到纳米厚度的外延材料;c。

外延层的表面形貌一般不如气相外延的好。

2。

溶液生长法【solution growth method】(使溶液达到过饱和的状态而结晶)2。

1 水溶液法原理:通过控制合适的降温速度,使溶液处于亚稳态并维持适宜的过饱和度,从而结晶2.2 水热法【Hydrothermal Method】特点:a。

在高压釜中,通过对反应体系加热加压(或自生蒸汽压),创造一个相对高温高压的反应环境,使通常难溶或不溶的物质溶解而达到过饱和、进而析出晶体b。

利用水热法在较低的温度下实现单晶的生长,从而避免了晶体相变引起的物理缺陷2.3 高温溶液生长法(熔盐法)特点:a.使用液态金属或熔融无机化合物作为溶剂b。

CVD各种类介绍(PECVD LPCVD等)

CVD各种类介绍(PECVD LPCVD等)
然后,考虑沉积薄膜中的变数:如在整个晶片内厚度的均匀性和在图形上的覆盖特性(后者指跨图形台阶的覆盖),薄膜的化学配比(化学成份和分布状态),结晶晶向和缺陷密度等。当然,沉积速率也是一个重要的因素,因为它决定着反应室的产出量,高的沉积速率常常要和薄膜的高质量折中考虑。反应生成的膜不仅会沉积在晶片上,也会沉积在反应室的其他部件上,对反应室进行清洗的次数和彻底程度也是很重要的。
对许多金属和金属合金一个有趣的争论就是,他们是通过物理气相沉积(PVD)还是通过化学气相沉积(CVD)能得到最好的沉积效果。尽管CVD比PVD有更好的台阶覆盖特性,但目前诸如铜的子晶层和钽氮扩散层薄膜都是通过PVD来沉积的,因为现有的大量装置都是基于PVD系统的,工程技术人员对PVD方法也有较高的熟练程度ห้องสมุดไป่ตู้一些人建议,既然台阶覆盖特性越来越重要(尤其是在通孔边墙覆盖),CVD方法将成为必不可少的技术。相似的争论也存在于产生低k值介质材料方面:是使用CVD方法好还是采用旋涂工艺好?
而且,最近,单片淀积工艺推动并导致产生了新的CVD反应室结构。这些新的结构中绝大多数都使用了等离子体,其中一部分是为了加快反应过程,也有一些系统外加一个按钮,以控制淀积膜的质量。在PECVD和HDPCVD系统中有些方面还特别令人感兴趣是通过调节能量,偏压以及其它参数,可以同时有沉积和蚀刻反应的功能。通过调整淀积:蚀刻比率,有可能得到一个很好的缝隙填充工艺。
沉淀法又分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法等,都是利用生成沉淀的液相反应来制取。共沉淀法可在制备过程中完成反应及掺杂过程,因此较多地应用于电子陶瓷的制备。BaTiO3是一种重要的电子陶瓷材料,具有高介电常数和优异的铁电和压电性能。用TiCl4,H2O2和BaCl2以共沉淀法制备过氧化钛前驱体,经无水乙醇分散脱水,热分解制备出颗粒直径小于30 nm的BaTi03纳米晶[3]。

各种化学气相沉积技术的工作原理及优缺点

各种化学气相沉积技术的工作原理及优缺点

各种化学气相沉积技术的工作原理及优缺点各种化学气相沉积技术的工作原理及优缺点如下:化学气相沉积技术(CVD)是一种常用的材料制备和表面处理方法,其工作原理是利用气态的化学反应来合成固态的物质。

下面介绍几种常见的化学气相沉积技术。

1. 常压化学气相沉积(APCVD)工作原理:常压化学气相沉积是在常压下,将反应气体引入到加热的基体表面,通过热分解和化学反应来形成固态沉积物。

优点:沉积温度低,可沉积大面积的均匀涂层。

缺点:需要较高的温度和较长的沉积时间,基体材料受热可能发生氧化或结构变化。

2. 低压化学气相沉积(LPCVD)工作原理:低压化学气相沉积是在较低的压力下,将反应气体引入到加热的基体表面,通过热分解和化学反应来形成固态沉积物。

优点:可在较低的温度和较短的沉积时间内获得高质量的涂层。

缺点:需要高真空设备和较高的投资成本。

3. 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工作原理:等离子体增强化学气相沉积是利用辉光放电等离子体来增强气态反应的活性,使反应气体在较低的温度下也能发生化学反应形成固态沉积物。

优点:可在较低的温度下进行沉积,适用于各种材料的表面处理和涂层制备。

缺点:需要特殊的电源和控制设备,且沉积速率较低。

4. 激光化学气相沉积(LCVD)工作原理:激光化学气相沉积是利用激光诱导的气态反应来形成固态沉积物。

通过将激光束聚焦到基体表面,使局部区域快速加热并引发气态化学反应。

优点:可实现快速、高精度和局部化的沉积,适用于复杂形状和微细结构的制备。

缺点:需要高能激光器和精密的光学系统,且对基体材料的导热性能要求较高。

5. 金属有机化学气相沉积(MOCVD)工作原理:金属有机化学气相沉积是利用金属有机化合物作为反应气体,通过热分解和化学反应来形成金属或其化合物的固态沉积物。

优点:可制备高纯度、高附着力的金属或合金涂层,适用于电子、光学和催化等领域。

缺点:需要严格控制工艺条件,如温度、压力和气体流量等,且对操作人员的健康有一定危害。

apcvd原理

apcvd原理

apcvd原理APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition)是一种常压化学气相沉积技术,用于制备薄膜材料。

它在大气压力下进行,相较于其他气相沉积技术,具有较低的设备成本和操作难度。

APCVD的原理是利用气相反应在基底表面生成所需薄膜材料。

首先,通过热源加热反应室,并将反应室中的压力维持在大气压力。

然后,将反应室中的反应气体引入,使其与基底表面进行反应。

反应气体中的化学物质会在基底表面生成固态薄膜。

在APCVD过程中,反应气体的选择至关重要。

不同的反应气体可以用于制备不同的薄膜材料。

例如,氯化硅可以用于制备硅薄膜,氯化铝可以用于制备铝薄膜。

此外,APCVD还可以用于制备复合材料薄膜,通过选择不同的反应气体来实现。

APCVD的优点之一是反应温度较低。

由于反应在大气压力下进行,不需要高真空环境,因此可以在较低的温度下进行。

这对于某些材料而言非常重要,因为它们在高温下可能会发生相变或失去特定的性质。

另一个优点是APCVD具有较高的沉积速率和较好的均匀性。

由于反应在常压下进行,反应气体可以快速扩散到基底表面,从而实现较高的沉积速率。

此外,由于反应在整个基底表面均匀进行,可以得到均匀的薄膜。

然而,APCVD也存在一些局限性。

首先,由于反应在大气压力下进行,反应气体的浓度和扩散能力受到限制,因此相对于其他气相沉积技术,APCVD的沉积速率较低。

其次,由于反应在常压下进行,反应气体中的杂质和不纯物质较难排除,可能会导致薄膜的纯度下降。

为了克服这些限制,研究人员正在努力改进APCVD技术。

他们通过调整反应气体的流动速度、温度和压力等参数来优化沉积过程,并引入新的反应气体和添加剂来改善薄膜的质量和性能。

APCVD作为一种常压化学气相沉积技术,具有较低的成本和操作难度。

它可以用于制备各种薄膜材料,并具有较低的反应温度、较高的沉积速率和均匀性。

然而,由于反应在大气压力下进行,APCVD 的沉积速率较低,并且可能导致薄膜的纯度下降。

塔基 硅处理

塔基 硅处理

塔基硅处理硅处理是一种在半导体制造过程中对硅片进行表面处理的技术,主要用于去除表面的污染物、氧化层和金属杂质,以及改善硅片的晶体结构。

硅处理是半导体制造工艺中的关键步骤之一,对于提高集成电路的性能和可靠性具有重要意义。

硅处理的主要方法有湿化学处理、气相沉积和物理轰击等。

其中,湿化学处理是最常用的一种方法,主要包括酸碱清洗、氧化和氮化等过程。

气相沉积方法主要包括化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD),可以实现对硅片表面的精确控制。

物理轰击方法主要包括离子注入和等离子体刻蚀等,可以实现对硅片表面的局部改性。

1. 湿化学处理湿化学处理是硅处理中最常用的一种方法,主要包括酸碱清洗、氧化和氮化等过程。

(1)酸碱清洗:酸碱清洗是硅处理的第一步,主要用于去除硅片表面的有机物、颗粒和金属杂质。

常用的酸碱溶液有硫酸、硝酸、氢氟酸和醋酸等。

酸碱清洗的效果受到溶液浓度、温度和处理时间等因素的影响。

为了提高清洗效果,通常需要对硅片进行多次清洗。

(2)氧化:氧化是将硅片表面的非晶态硅转化为氧化硅的过程,主要用于形成绝缘层和扩散阻挡层。

氧化的方法有热氧化和湿氧氧化等。

热氧化是在高温下将硅片暴露在氧气中,使硅与氧气发生反应生成氧化硅。

湿氧氧化是在低温下将硅片浸泡在含有水的氧气中,使硅与水分子发生反应生成氧化硅。

湿氧氧化具有设备简单、成本低和环境友好等优点,但氧化速度较慢,适用于对氧化要求不高的场合。

(3)氮化:氮化是将硅片表面的硅转化为氮化硅的过程,主要用于形成钝化层和应力缓冲层。

氮化的方法有气体氮化和液体氮化等。

气体氮化是在高温下将硅片暴露在氨气或氮气中,使硅与氮气发生反应生成氮化硅。

液体氮化是在低温下将硅片浸泡在含有氨水的氮气中,使硅与氨水发生反应生成氮化硅。

气体氮化具有速度快、厚度可控和设备简单等优点,但成本较高,适用于对氮化要求较高的场合。

2. 气相沉积气相沉积是一种通过化学反应或物理过程在硅片表面形成薄膜的方法,主要包括化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(P VD)。

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• 1963: Introduction of plasma CVD in electronics. • 1968: Start of industrial use of CVD coated cemented carbides. • 1980s: Introduction of CVD diamond coatings. • 1990s: Rapid expansion of metallo-organic CVD (MOCVD) for ceramic and metal deposition.

Eq. (1)
o ∆Gr = ∑ ∆G o products − ∑ ∆G o reactants f f
The free energy of formation is not a fixed value but varies as a function of several parameters which include the type of reactants, the molar ratio of these reactants, the process temperature, and the process pressure. This relationship is represented by the following equation:
PT
•By definition, the free energy change for a reaction at equilibrium is zero, hence: Eq. (3)
∆G = − RT ln K
(K is the equilibrium constant)
• It is the equilibrium conditions of composition and activities (partial pressure for gases) that are calculated to assess the yield of a desired reaction.
Eq. (2)
∆Gr = ∆G o + RT ln Q f
∆Gro = ∑ Z ij ∆G o .i f
where:
Z i =stoichiometric coefficient of species “i” in the CVD reaction (negative for reactants, positive for products) ∆G o .i = standard free energy of formation of species f • “i” at temperature T and 1 atm. • R = gas constant • T = absolute temperature zi • Q = Π i ai • ai = activity of species “i” which is = 1 for pure solids and = pi = xi P for T gases • pi =partial pressure of species “i” • x = mole fraction of species “i” • i = total pressure

∆G Calculations and Reaction Feasibility
• The first step of a theoretical analysis is to ensure that the desired CVD reaction will take place. This will happen if the thermodynamics is favorable, that is if the transfer of energy—the free-energy change of the reaction known as ∆Gr—is negative. To calculate ∆Gr, it is necessary to know the thermodynamic properties of each component, specifically their free energies of formation (also known as Gibbs free energy), ∆Gf. The relationship is expressed by the following equation:
Thermodynamic of CVD

A CVD reaction is governed by thermodynamics, that is the driving force which indicates the direction the reaction is going to proceed (if at all), and by kinetics, which defines the transport process and determines the rate-control mechanism, in other words, how fast it is going. Chemical thermodynamics is concerned with the interrelation of various forms of energy and the transfer of energy from one chemical system to another in accordance with the first and second laws of thermodynamics. In the case of CVD, this transfer occurs when the gaseous compounds, introduced in the deposition chamber, react to form the solid deposit and by-products gases.
Atmospheric Pressure CVD (APCVD) )
Luomin(罗敏)
History of CVD
• What is APCVD? • Chemical vapor deposition may be defined as the deposition of a solid on a heated surface from a chemical reaction in the vapor phase. It belongs to the class of vapor-transfer processes which is atomistic in nature, that is the deposition species are atoms or molecules or a combination of these. • APCVD is a CVD method at normal pressure (atmospheric pressure) which is used for deposition of doped and undoped oxides. The deposited oxide has a low density and the coverage is moderate due to a relatively low temperature .
Fundamentals of 源自PCVDMain factors influence the deposition
a) Gas Velocity b) Reactant-Gas Concentration c) Temperature
Illustration of a horizontal APCVD reactor
Deposition Sequence
The sequence of events taking place during a CVD reaction can be summarized as follows: 1. 2. 3. 4. 5. Reactant gases enter the reactor by forced flow. Gases diffuse through the boundary layer. Gases come in contact with surface of substrate. Deposition reaction takes place on surface of substrate. Gaseous by-products of the reaction are diffused away from the surface, through the boundary layer.
Equipment structures
Illustration of structures of APCVD system
Example
Deposition of SiO2 on the substrate
• APCVD is often used for deposition of doped and undoped oxides. The deposited oxide has a low density and the coverage is moderate due to a relatively low temperature. Because of improved tools, the APCVD undergoes a renaissance. The high wafer throughput is a big advantage of this process SiH4 + O2→SiO2 + 2H2 (T = 430 °C, p = 105Pa) As process gases silane SiH4 (highly deluted with nitrogen N2) and oxygen O2 are used. The gases are decomposed thermal at about 400 °C and react with each other to form the desired film.
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