几种薄膜淀积技术
半导体制造技术—第四讲：淀积工艺
提供反应物质：反应气体是淀积过程中形成薄膜的主要物质来源 控制反应速率：反应气体的浓度和流量可以控制反应速率从而影响薄膜的厚度和质量 影响薄膜性质：反应气体的种类和比例可以影响薄膜的性质如导电性、光学性能等 参与化学反应：反应气体在淀积过程中参与化学反应形成所需的薄膜材料
半导体制造技术之淀 积工艺
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淀积工艺概述
淀积工艺的原理
淀积工艺的应用
淀积工艺的优缺点
淀积工艺的未来展 望
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淀积工艺概述
淀积工艺是半导体制造过程中的关键步骤之一 主要目的是在硅晶圆上沉积一层或多层薄膜 薄膜可以是金属、氧化物、氮化物等 淀积工艺包括化学气相淀积（CVD）、物理气相淀积（PVD）等方法
研究方向：新型材料、新工艺、新设备 技术挑战：提高性能、降低成本、提高可靠性 研发目标：实现更高性能、更低成本、更可靠的淀积工艺 研发成果：新型材料、新工艺、新设备的研发和应用
太阳能电池：利用淀积工艺制造高效太阳能电池提高光电转换效率 燃料电池：利用淀积工艺制造高性能燃料电池提高能源转换效率 储能设备：利用淀积工艺制造高性能储能设备提高储能效率和稳定性 电动汽车：利用淀积工艺制造高性能电动汽车电池提高续航里程和充电速度
物理淀积的优 点是沉积速度 快沉积层厚度 均匀沉积层质
量高
化学淀积是一种通过化学反应在半导体 表面形成薄膜的过程
化学淀积可以分为气相化学淀积和液相 化学淀积两种类型
气相化学淀积是通过化学反应在半导体 表面形成薄膜的过程
液相化学淀积是通过化学反应在半导体 表面形成薄膜的过程
化学淀积工艺可以应用于半导体制造中的各 种薄膜制备如氧化物、氮化物、金属等
6.LPCVD
清洗流量计(N2)
工艺开始执行至结束
调压(N2, NH3, O2)
抽流量计
抽本体真空
清洗流量计(N2)
抽流量计
回填(N2)
2、Exercises-设备操作流程
9、打开炉门, 小心取出硅片, 关上炉门 10、抽真空 11、停止加热 12、关工艺气体(TEOS源)
(足够高真空以后) 13、关罗兹泵 14、关机械泵 15、关主机 16、关加热电源 17、关主电源 18、关冷却水、压缩空气
1、Fundamentals-薄膜质量评价
晶粒（大小、晶向等）
与淀积温度、掺杂类型、热处理工艺有很大关系 温度对多晶硅晶粒的影响: <590℃，无定形态 >610℃，晶体态 590～610℃，中间态
晶粒大小对表面粗糙度的影响：
1、Fundamentals-薄膜质量评价
应力与应力梯度
应力：拉应力、压应力 来源、影响、测量、控制
热偶报警
表示控制系统的零点跳动大
超温报警(系统自动转到保温状态) TEOS源液位报警 表示炉膛温度超过极限超温报警值(系统将自动关掉炉子的加 热电源)
TEOS源温度报警 压力差报警(当实际压力值与设定值之差超过某一固定值时)
F3: * 表示故障；- 表示正常
1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD
氧化硅薄膜(Silicon dioxide)
1、Fundamentals-薄膜淀积之LPCVD
氮化硅薄膜(Silicon Nitride)
用途：电气/热绝缘层、钝化层、掩膜层、刻蚀阻止层 反应方程式：
3SiH4 + 4NH3 －> Si3N4 + 12H2 x SiCl2H2 + y NH3 －> SixNy + 2xHCl + 3y/2H2
半导体器件-半导体工艺介绍-薄膜淀积
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特点：使用有机金属化合物作为反应物。
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它是利用有机金属如三甲基镓、三甲基铝等与特殊气体如砷化氢、磷化氢等，在反应器内进行化学反应，并使反应物沉积在衬底上， 而得到薄膜材料的生产技术。
作为有机化合物原料必须满足的条件： 在常温左右较稳定，且容易处理。 反应生成的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层。 为了适应气相生长，在室温左右应有适当的蒸气压（≥1Torr）。 原料的优点： 这类化合物在较低的温度即呈气态存在，避免了液态金属蒸发的复杂过程。
MOCVD设备
物理沉积PVD （Physical Vapor Deposition）
没有化学反应出现，纯粹是物理过程
采用蒸发或溅射等手段使固体材料变成蒸汽，并在基底表面凝聚并沉积下来。
Thermal Evaporation (热蒸发) E-beam Evaporation (电子束蒸发) Sputtering (溅射) Filter Vacuum Arc (真空弧等离子体) Thermal Oxidation (热氧化) Screen Printing (丝网印刷) Spin Coating (旋涂法) Electroplate (电镀) Molecular Beam Epitaxy (分子束外延)
高真空 环境
<10-3 Pa
物理沉积方法
热蒸发技术 (Thermal Evaporation Technique)
蒸发工艺是最早出现的金属沉积工艺
钨W(Tm=3380℃) 钽Ta(Tm=2980℃) 钼Mo(Tm=2630℃)
热蒸发-几种典型结构
挡板
蒸发源
晶振
电子束蒸发 (E-beam Evaporation Technique)
半导体技术之-CVD
Content
HNO3:HF=1:1
20min
冲水
1 hour
丙酮CH3COCH3脱水
N2气吹干
真空系统
❖ 极限真空小于1mTorr ❖ 漏率不超过20mTorr ❖ 压力调节功能正常、稳定 ❖ 从1atm达到极限真空的时间不超过10分钟 ❖ 从极限真空达到1atm不少于8分钟
流程单和硅片处理流程
CVD (LP, PE, AP)
Photo
Metallization/
Sputter or Evaporation
Etch
CoWma.pfelerte
Content
❖LPCVD Furnace – TEL DD 802(6”) ❖APCVD – Walkins-Johnson WJ-999
(6”) ❖PECVD – Concepts 1 (6”)
温度
<350℃ PECVD <400℃ PECVD
标注
无定型的薄膜，很高的 H2含量，屏蔽水分、Na
无定型的薄膜，很低的 H2含量，屏蔽水分、Na
金属薄膜CVD ???
系统的基本分级
级别 APCVD LPCVD PECVD
CVD系统的分级
能量
压力
温度
thermal
常压
中低温
thermal
250~2000mTorr
3.3
3.4
3.5
3.6
4.1
4.2
Ring Etch
4.3
4.4 5.1
PR strip 5.2
5.3
J-FET Implant 6.1
7.1
Gate Oxidation 7.6
7.7
工艺技术薄膜工艺-淀积
完整版课件ppt
Confidential
14
各种类型 CVD 反应器及其主要特点
工艺
优点
缺点
应用
APCVD (常压 CVD)
反应简单 淀积速度快 低温
台阶覆盖能力差, 有颗粒沾污 低产出率
低温二氧化硅 (掺杂或不掺杂).
LPCVD (低压 CVD)
高纯度和均匀性，
一致的台阶覆盖能力， 大的硅片容量
完整版课件ppt
28
硅片上外延生长硅
Si
Cl Cl
HH
化学反应
H
Cl
H
副产物
Cl
淀积的硅 Si
Si 外延层
多晶硅衬底
Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si
完整版课件ppt
Confidential
29
– 外延的主要优点
• 可根据需要方便地控制薄层单晶的电阻率、电导 类型、厚度及杂质分布等参数，增加了工艺设计 和器件制造的灵活性。
• CVD单晶硅 (外延)：
最初的外延生长技术是指：
利用化学气相淀积的方法在单晶衬底 上生长一薄层单晶硅的技术。
silicon dioxide (oxide)
p- siliconepi layer p+ silicon substrate
P-silicon epi layer
P+silicon subCsotnrfaidteential
中反等应真温空度气度一态下般源（在约6500.-17～505℃托）
计算机终端 工作接口
载气
气流控制器
液态源 载N气2 O2
LPCVD
炉
前
三温区
驱
CVD工艺方法范文
CVD工艺方法范文CVD（化学气相沉积）是一种将固态材料通过气体反应在固体表面沉积成薄膜的工艺方法。
它是一种非常重要的薄膜制备技术，广泛用于多种领域，如微电子、光学、光电子、材料科学等。
CVD工艺方法有很多种，下面将介绍几种常用的CVD方法。
热分解法是最常见的CVD方法，它主要利用高温下气体分子的热运动使其分解并在固体表面沉积成膜。
该方法适用于固体源气和液体源气两种情况。
固体源气的例子包括金属有机化合物（如金属醋酸盐、金属氯化物等），而液体源气的例子包括有机溶剂中的有机化合物（如有机硅化合物、有机金属化合物等）。
通过控制反应气体的流量、温度和压力，可以使反应在固体表面均匀进行，从而获得均匀的薄膜。
2. 气相反应法（Gas phase reaction）气相反应法是一种通过气相中反应物的直接相互作用而实现的CVD方法。
该方法通常使用两种或多种反应气体，在高温下通过气相反应生成所需的化学物质，然后沉积到固体表面。
气相反应法的一个优点是可以实现复杂的化学反应，从而获得特殊结构和组成的薄膜。
例如，可以通过气相反应法制备金属氮化物、金属氧化物等薄膜。
3. 化学还原法（Chemical reduction）化学还原法是一种利用化学还原反应在固体表面生成薄膜的CVD方法。
该方法通常使用固态或液态的金属盐作为反应物，在相应的还原剂的作用下，被还原成金属原子并在固体表面沉积成薄膜。
化学还原法可以制备多种金属薄膜，例如金、银、铜等。
此外，还可以通过调整反应条件和还原剂的选择来控制薄膜的形貌和组成。
4. 气相淀积法（Chemical vapor deposition）气相淀积法是一种将固体反应物通过气体反应在固体表面沉积成薄膜的CVD方法。
与热分解法相比，气相淀积法对反应温度和压力的控制更加严格，从而获得更高质量和均匀性的薄膜。
气相淀积法通常需要使用特殊的反应器，如低压CVD反应器、等离子CVD反应器等。
气相淀积法被广泛应用于制备半导体材料、光学薄膜、阻隔膜等。
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。
第七讲-薄膜制备工艺-3-CVD1
薄膜制备工艺技术的分类 物理气相淀积技术 化学气相淀积技术 其它淀积技术
第七讲：薄膜的制备工艺技术
CVD 工艺
化学气相淀积技术CVD（Chemical Vapor Deposition）是通 过包含薄膜所需成分的气相化学反应基 (chemicals or reactants)在衬底反应淀积非挥发的固体薄膜技术，化学反应基 气体被引入到反应室，在热衬底表面发生分解、反应形成薄膜
SiH4 + CO2 H2 -> SiO2 + gas.RP
850-950
Si3N4
3SiH2Cl2 + 4NH3 -> Si3N4 + 6HCl + 6H2 700-900
Polysilicon
SiH4 -> Si + 2H2
600-650
Tungsten
selective 2WF6 + 3Si -> 2W + 3SiF4 blanket WF6 + SiH4 -> W + SiF4 + 2HF + H2
生长薄膜过程中在表面反应消耗的气流量F2可用下 式表示:
F2 = kSCS 其中 kS 为化学表面反应速度常数. 稳态时 F1 = F2 = F. 利用这一条件可得：
CS
= CG 1 + kS / hG
CVD 的运动学的生长模型II
可以把硅膜生长速率写为：
v = F = kS hG CG N1 kS + hG N1
氧化 CVD
化学气相沉积法沉积多孔和多晶薄膜
下表为热氧化和CVD制备SiO2
Si3N4 淀积
•不直接用类似氧化的方法来氮化硅, 加热 Si 和 N2使其反应 (事 实上有时用到), 因为 Si3N4 中N2很难渗透进去,生长若干纳米后反 应停止. 不能直接用氮化的方法生长比较厚的Si3N4.因而要用 CVD方法来制备.
薄膜淀积技术
常用真空薄膜淀积技术一、物理汽相淀积所谓PVD是原子直接以气态形式从淀积源运动到衬底表面从而形成固态薄膜。
它是一种近乎万能的薄膜技术，应用PVD技术可以制备化合物、金属、合金等薄膜，PVD主要可以分为蒸发淀积、溅射淀积。
蒸发淀积是将源的温度加热到高温，利用蒸发的物理现象实现源内原子或分子的运输，因而需要高的真空，蒸发淀积中应用比较广泛的热蒸发和电子束蒸发。
电子束蒸发和热蒸发主要是加热方式不同，热蒸发的特点是工艺简单、成本低，由于热蒸发的受自身的加热方式限制，很难达到很高的温度，因此不适合制备难熔金属和一些高熔点的化合物，同时因为热蒸发是通过加热坩埚来加热坩埚内的金属，而坩埚在高温下会也会存在蒸发现象，所以热蒸发的最大的缺点是淀积过程中容易引入污染。
电子束蒸发最大的优点是几乎不引入污染。
因为其加热方式是电子束直接轰击金属，同时电子束蒸发可以制备更多种类的薄膜，唯一的缺点是在淀积过程中会有X射线产生。
表1是热蒸发和电子束蒸发的比较。
溅射可以分为直流溅射、直流磁控溅射、射频溅射、溅射主要利用惰性气体的辉光放电现象产生离子，用高压加速离子轰击靶材产生加速的靶材原子从而淀积在衬底表面，溅射技术的最大优点是理论上它可以制备任何真空薄膜，同时在台阶覆盖和均匀性上要优于蒸发淀积。
表2是蒸发和溅射技术的比较。
当然，除了上文介绍的主流PVD，还有激光脉冲淀积、等离子蒸发、分子束外延等补充形式。
二、化学汽相淀积CVD一词最早出现在20世纪6O年代，所谓CVD是反应物以气态到达加热的衬底表面发生化学反应，形成固态薄膜和气态产物。
利用化学气相淀积可以制备，从金属薄膜也可以制备无机薄膜。
化学气相淀积种类很多，主要有：常压CVD （APCVD），低压CVD（LPCVD）、超低压CVD（VLPCVD）、等离子体增强型CVD （PECVD）、激光增强型CVD（LECVD），金属氧化物CVD（MOCVD），其他还有电子自旋共振CVD（ECRCVD）、汽相外延（VPE）等方法，按着淀积过程中发生化学的种类不同可以分为热解法、氧化法、还原法、水解法、混合反应等。
薄膜淀积与外延技术
设备成本：高 昂的设备成本 是制约薄膜淀 积与外延技术 发展的一个重
要因素。
工艺控制：薄 膜淀积与外延 技术的工艺控 制难度较大， 需要精确控制 淀积条件和参
数。
市场需求：目 前市场需求对 薄膜淀积与外 延技术的要求 越来越高，需 要不断进行技 术升级和创新。
未来发展方向与展望
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发展趋势：薄膜淀积与外延技术将朝着更 高效、更精确、更可靠的方向发展，以满 足不断增长的性能需求和生产效率要求。
THANK YOU
汇报人：XX
原理：通过加热、电弧、激光等方式将材料气化，然后在基片上冷却、凝 结成膜。
分类：根据气化方式和沉积条件的不同，可以分为真空蒸发镀膜、溅射镀 膜、离子镀膜等。
应用：在电子、光学、机械等领域广泛应用，如制造太阳能电池、装饰膜、 防伪膜等。
化学气相沉积
定义：在固态 基体上形成固 态薄膜的方法
原理：利用气 态或蒸汽态的 化学反应，在 基体表面形成
优缺点比较
优点：薄膜淀积技术可以制备出高质量、高性能的薄膜材料，具有较高的沉积速率和较 低的成本；外延技术可以获得单晶薄膜，具有较高的晶体质量和完整性。
缺点：薄膜淀积技术制备的薄膜材料可能存在成分不均匀、结构不完整等问题；外延技 术需要使用昂贵的单晶衬底，成本较高，且生长过程中容易引入缺陷和杂质。
固态薄膜
优点：可控制 薄膜的成分和 结构，适用于
大面积制备
应用：在电子、 光学、机械等 领域广泛应用
液相外延法
定义：在单晶衬底上 通过液相外延法生长 薄膜材料的方法
原理：利用溶质在液 态与固态间的分凝现 象，将溶质从液态变 为固态在单晶衬底上 生长出薄膜
特点：生长的薄膜与 衬底材料晶格匹配， 成分可调，纯度高， 结晶质量好
半导体技术之-CVD
质量传输机制
质量传输机制
反应激活能
表面反应机理
续
反应的浓度
反应的温度
反应
Chemical Vapor deposition is a means for deposition of
thin film in vapor phase by reaction chamber at some
电子特性
❖介电常数：决定了材料的电容量 ❖介电质常数：决定了电压的能力
机械特性
❖薄膜应力：分成张力和压应力 ❖薄膜密度：表征了薄膜的致密程度（折射率） ❖薄膜厚度：影响电容特性
应力
物理特性
❖粗糙度：厚度越厚，粗糙度越大，温度越高， 粗糙度越小
❖平坦度和台阶覆盖能力：
具体的薄膜材料：
❖二氧化层：
BPSG
温度
~900℃ ~900℃
<500℃ <500℃
标注
不好的台阶覆盖性、 高 温
很好的平坦性、 高温
Reflow>1000℃,Na 吸 收，低应力
Reflow~800℃,很好的平 坦化，Na 吸收，较 PSG更低的应力
Intermetal Dielectric(IMD)
薄膜类型 TEOS+O2 TEOS+O2 TEOS+O3 TEOS+O3
▪ SiO2 ▪ BPSG ▪ PSG
❖氮化硅（Si3N4） ❖（SiOxNyHz）
Silicon Dioxide（SiO2）
❖ Undoped SiO2：
▪ 硅烷/氧气（N2O）：适合于各种温度的反应
• SiH4+N2O-SiO2+副产物 • 使用PECVD技术，（温度低于500度） • SiH4+O2-SiO2+副产物 • 使用LPCVD技术，温度在（500～900度），HTO,很好的密度、不
几种薄膜的化学气相淀积
常见薄膜的化学气相淀积薄膜淀积种类：导体、半导体、绝缘体物理气相淀积PVD）薄膜淀积：化学气相淀积CVD）1）APCVD（1）用硅烷淀积450-500℃ 4222SiH O SiO H +⎯⎯→+↑特点：淀积温度较低纯SiH 4,在空气中极其易燃且不稳定，所以要用氮气或氩气稀释。
台阶覆盖能力及间隙填充能力较差。
SiO 2的CVD几种主要薄膜的化学气相淀积4002543222()8810CSi OC H O SiO CO H O︒+⎯⎯⎯→++（2）TEOS-O 3法2）LPCVD 制SiO 2.（3）PSG 、BPSG 制备（1）用TEOS 制备SiO 2650750254222()810CSi OC H SiO CO H O ︒⎯⎯⎯⎯→++（2）SiH 2Cl 2-N 2O 制备SiO 290022222222C SiH Cl N O SiO HCl N ︒+⎯⎯⎯→++3）PECVD 制备SiO 2膜,350422222RF C SiH N O SiO N H ︒+⎯⎯⎯⎯→+↑+↑（1）SiH 4-N 2O 法制SiO 2膜（2）TEOS 法制SiO 2膜1）LPCVD 制备Si 3N 4薄膜7008502233423466C SiH Cl NH Si N HCl H −︒+⎯⎯⎯⎯→+↑+↑特点：有较好的台阶覆盖和较少的粒子污染，但薄膜的内应力较大，当厚度超过200nm 时，氮化硅容易出现开裂。
此外受温度的限制2）PECVD 制备Si 3N 4薄膜（1）SiH 4-NH 3制备Si 3N 4,300400432RF C x y z SiH NH Si N H H −︒+⎯⎯⎯⎯⎯→+↑Si 3N 4的CVD（2）SiH 4-N 2制备Si 3N 4,300400422RF C x y z SiH N Si N H H −︒+⎯⎯⎯⎯⎯→+↑性质LPCVD PECVD 淀积温度℃）700～800300～400组成成分Si 3N 4Si x N y H z 台阶覆盖整形共形23℃下硅上的应力达因/平方厘米）101.2-1.810⨯（）91-810⨯（）1.多晶硅的CVD 575650422CSiH Si H −︒⎯⎯⎯⎯→+↑2.金属钨的CVD 金属化窗口图形比较多晶硅与金属钨的CVD1）选择性钨做淀积钨时，采用六氟化钨WF6作为气体源，六氟化钨能与衬底窗口处的硅反应，而不与二氧化硅、氮化硅反应，所以钨可以选择性地沉积在硅接触窗口中特点：300642323CWF Si W SiF︒+⎯⎯⎯→+钨与硅有很好的接触，可以降低接触电阻。
半导体工艺-薄膜淀积
SiCl4浓度不能太高，否则反而侵蚀Si（图）
SiCl4 (vapor) + Si (solid)
2SiCl2 (vapor)
掺杂剂的反应：
AsH3 (vapor)
As (solid) + 3/2H2 (vapor)
15
Si外延薄膜CVD生长过程 SiCl4
吸附 反应或分解
表面迁移到突出位置，合并进生长层
18
1.3、外延层缺陷
从衬底来的缺陷：高质量衬底，无位错 从界面来的缺陷：界面污染物，清洗表面 沉淀或位错环：局部过饱和掺杂杂质或其他杂质 小角晶界或孪晶：不当方位外延薄膜相遇结合 线位错：晶格不匹配异质外延，形变由位错来弛豫
19
1.3、外延层缺陷
同质外延：严格的晶格匹配外延工艺，如Si/Si 异质外延：晶格匹配外延和形变层外延，如 AlxGa1-xAs/GaAs, GexSi1-x/Si
外延薄膜在真空环境中生长，杂质污染较小，无机械损伤; 灵活控制不同区域掺杂浓度，改善半导体器件性能。
外 延 生 长 工 艺 ： 化 学 气 相 沉 积 （ CVD ） 和 分 子 束 外 延 （MBE）。
7
1.1、化学气相沉积（CVD）
化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）
氧化层
Si
气流层
C
C0
扩散通量F1
SiO2
Si
x C0为氧化层表面处氧化剂浓度
Ci为Si-SiO2界面处氧化剂浓度
20
晶格匹配外延
外延---晶格匹形配变层外延
同质外延：严格的晶格匹配外延工艺 异质外延：晶格匹配外延和形变层外延
21
异质外延：晶格匹配外延和形变层外延
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几种薄膜淀积技术
几种主要薄膜淀积技术简介
摘要：从薄膜淀积的现象被发现到现在，对薄膜淀积理论的研究一直在进行，薄膜制造技术作为材料制备的新技术而得到广泛的应用。
本文介绍几种主要的薄膜淀积的技术，薄膜的形成机理，影响薄膜的主要因素以及优缺点。
关键词：薄膜淀积制备技术CVD PVD
Abstract：From the phenomenon of the film depositing is found to now , research has been in progress，the film manufacturing technique widely used as technology and materials prepared. This paper mainly introduces several major film deposition technology, the formation mechanism and main factors of affecting, advantages and disadvantages.
Key words: Thinfilm depositing; preparation technology; CVD; PVD
一．引言
自从1857年第一次观察到薄膜淀积的现象到现在，薄膜制造技术得到广泛的应用。
这门新技术不仅涉及到物理学、化学、结晶学、表面科学和固体物开学等基础学科，还和真空、冶金和化工等技术领域密切相关。
薄膜制备过程是将一种材料（薄膜材料）转移到另一种材料（基底）的表面，形成和基底牢固结合的薄膜的过程。
根据成膜方法
的基本原理，可以将其分为物理汽相淀积，化学汽相淀积和其他一些等。
二．物理汽相淀积法（PVD）
物理气相沉积（Physical Vapor Deposition)是指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到衬底表面上的过程，该过程一般是在真空状态下实现。
它是一种近乎万能的薄膜技术，应用PVD 技术可以制备化合物、金属、合金等薄膜，主要可以分为蒸发淀积、溅射淀积。
蒸发淀积基本原理：在真空状态下，加热源材料，使原子或分子从源材料表面逸出，利用蒸发的物理现象实现源内原子或分子的运输从而在衬底上生长薄膜的方法。
利用蒸发的物理现象实现源内原子或分子的运输，因而需要高的真空，蒸发淀积中应用比较广泛的热蒸发和电子束蒸发。
电子束蒸发和热蒸发主要是加热方式不同，热蒸发的特点是工艺简单、成本低，由于热蒸发的受自身的加热方式限制，很难达到很高的温度，因此不适合制备难熔金属和一些高熔点的化合物，同时因为热蒸发是通过加热坩埚来加热坩埚内的金属，而坩埚在高温下会也会存在蒸发现象，所以热蒸发的最大的缺点是淀积过程中容易引入污染。
电子束蒸发最大的优点是几乎不引入污染。
因为其加热方式是电子束直接轰击金属，同时电子束蒸发可以制备更多种类的薄膜，唯一的缺点是在淀积过程中会有X射线产生。
总结蒸发淀积优点：设备简单、操作容易、薄膜纯度高、成膜速率快；缺点：薄膜与衬底附着力小、台阶覆盖差。
而残余气体压强、蒸发源的平衡蒸气、
压源蒸发速率、淀积速率、蒸发源的温度、衬底位置、衬底温度等则成为影响薄膜质量的主要因素。
溅射可以分为直流溅射、直流磁控溅射、射频溅射。
溅射主要利用惰性气体的辉光放电现象产生离子，用高压加速离子轰击靶材产生加速的靶材原子从而淀积在衬底表面，溅射技术的最大优点是理论上它可以制备任何真空薄膜，同时在台阶覆盖和均匀性上要优于蒸发淀积。
方法优点缺点
真空蒸镀工艺简便，纯度高，通过
掩膜易于形成所需要的图
形
蒸镀化合物时由于热分解现象难
以控制组分比，低蒸气压物质难以
成膜
溅射镀膜附着性能好，易于保持化
合物、合金的组分比
需要溅射靶，靶材需要精制，而且
利用率低，不便于采用掩膜沉积
三．化学汽相淀积法（CVD）
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition) 是指以单独的或综合的利用热能、等离子体放电、紫外光照射等形式的能量，使气态物质在固体的表面上发生化学反应并在该表面上沉积，形成稳定的固态薄膜的过程。
利用化学气相淀积可以制备，从金属薄膜也可以制备无机薄膜。
化学气相淀积种类很多，主要有：常压CVD（APCVD），
低压CVD（LPCVD）、等离子体增强型CVD（PECVD）、金属氧化物CVD（MOCVD）等。
按淀积过程中发生化学的种类不同可以分为热解法、氧化法、还原法、水解法、混合反应等。
CVD制备的薄膜最大的特点是致密性好、高效率、良好的台阶覆、孔盖能力、可以实现厚膜淀积、以及相对PCV的低成本；缺点是淀积过程容易对薄膜表面形成污染、对环境的污染等。
APCVD的特点是不需要很好的真空度、淀积速度非常快、反应受温度影响不大，淀积速度主要受反应气体的输运速度的影响。
LPCVD的特点是其良好的扩散性（宏观表现为台阶覆盖能力），反应速度主要受淀积温度的影响比较大，另外温度梯度对淀积的薄膜性能（晶粒大小、应力等）有很大的影响。
PECVD最大的特点是反应温度低（200－400℃）和良好的台阶覆盖能力，可以应用在Al等低熔点金属薄膜上淀积，主要缺点是淀积过程引入的粘污；温度、射频、压力等都是影响PECVD 工艺的重要因素。
MOCVD的主要优点是反应温度低，广泛应用在化合物半导体制备上。
优点缺点应用
APCVD 反应器简单
反应温度低
沉积速率快
台阶覆盖差
均匀性差
颗粒污染严重
低温氧化层
LPCVD
均匀性优
台阶覆盖优
产量大
生长温度高
沉积速率低
氧化硅
氮化硅
多晶硅、钨硅等
PECVD 生长温度低
沉积速率快
应力可控制
针孔密度较高
存在颗粒污染
差的化学配比
氧化硅
氮化硅
非晶硅
四．电镀法（plating）
电镀技术也有学者称它为水溶液薄膜淀积技术，主要因为金属离子是通过各种溶液到达被淀积衬底的表面从而形成薄膜。
电镀技术的主要优点是它是一种极其廉价的薄膜制备技术，另外可以利用电镀技术制备合金、和厘米级的厚膜和复杂的图形、电镀薄膜具有良好的应力特性，缺点电镀技术由于受到自身淀积原理的限制，一般需要在衬底有一层薄的金属层做种子（所谓的seed），因此这在一定程度上限制了衬底的种类。
五．热氧化法（thermal Oxidation）
热氧化法是一种完全不同于真空薄膜淀积的薄膜制备方法，其主要过程：（1）氧化剂（O2/H2O）以气态形式到达硅片表面（2）氧化剂在固态介质（SiO2）中扩散到Si（3）氧化剂和Si发生反应。
从上面过程中可以看出热氧化法制备薄膜的过程中存在一个反应物在固态介质中输运的过程，因此其反应机理完全不同于前面提到的真空淀积法，对于反应物在SiO2中输运的过程存在一些争论，有的学者认为是Si原子透过SiO2运动到表面和O原子发生反应形成SiO2，也有的学
者认为是氧原子透过SiO2和下面的Si发生化学反应形成SiO2，近年来建立在后一种假设的Grove and deal模型逐渐被大家所接受[15]。
热氧化法制备的薄膜比其他方法制备的薄膜都要致密。
热氧化法可以分为干法氧化和湿法氧化，反应温度为900－1200℃，干法氧化的到的薄膜要比湿法氧化的薄膜致密。
参考文献：
《薄膜技术》顾培夫浙江大学出版社 1990
《现代光学薄膜技术》唐晋发,顾培夫等浙江大学出版社 2006。