微电子工艺原理- 第6讲 薄膜工艺 3

2020-08-02
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CVD技术的基本要求
为适应CVD技术的需要，选择原料、产物及反应类型 等通常应满足以下几点基本要求：
(1)反应剂在室温或不太高的温度下最好是气态或有较 高的蒸气压而易于挥发成蒸汽的液态或固态物质，且 有很高的纯度；
近年来发展的等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)也是 一种很好的方法，最早用于半导体材料的加工，即利用 有机硅在半导体材料的基片上沉积SiO2。PECVD将沉积 温度从1000℃降到600℃以下，最低的只有300℃左右， 等离子体增强化学气相沉积技术除了用于半导体材料外， 在刀具、模具等领域也获得成功的应用。
在生命体中确实存在着大量反自发方向进行 的反应，据此可以把激活（即由外界输入能 量）条件下金刚石的低压气相生长和生命体 中某些现象做类比讨论。
因此这是一项具有深远学术意义和应用前景 的研究进展。
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目前，CVD反应沉积温度的耕地温化是一个发展方向， 金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)是一种中温进行的 化学气相沉积技术，采用金属有机物作为沉积的反应物， 通过金属有机物在较低温度的分解来实现化学气相沉积。
前苏联Deryagin Spitsyn和Fedoseev等在20世 纪70年代引入原子氢开创了激活低压CVD金刚 石薄膜生长技术，80年代在全世界形成了研究 热潮，也是CVD领域一项重大突破。CVD技术 由于采用等离子体、激光、电子束等辅助方法 降低了反应温度，使其应用的范围更加广阔。
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化学气相沉积的古老原始形态可以追朔到古人类在取 暖或烧烤时熏在岩洞壁或岩石上的黑色碳层。
作为现代CVD技术发展的开始阶段在20世纪50年代主 要着重于刀具涂层的应用。
从20世纪60～70年代以来由于半导体和集成电路技术 发展和生产的需要，CVD技术得到了更迅速和更广泛 的发展。
1990年以来中国在激活低压CVD金刚石生长热力学方 面，根据非平衡热力学原理,开拓了非平衡定态相图及其 计算的新领域，第一次真正从理论和实验对比上定量化 的证实反自发方向的反应可以通过热力学反应耦合依靠 另一个自发反应提供的能量推动来完成。
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低压下从石墨转变成金刚石是一个典型的反 自发方向进行的反应，它依靠自发的氢原子 耦合反应的推动来实现。
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CVD技术不仅成为半导体超纯硅原料—超纯多晶硅生 产的唯一方法，而且也是硅单晶外延、砷化镓等Ⅲ～ Ⅴ旋半导体和Ⅱ～Ⅵ旋半导体单晶外延的基本生产方 法。
在集成电路生产中更广泛的使用CVD技术沉积各种掺 杂的半导体单晶外延薄膜、多晶硅薄膜、半绝缘的掺 氧多晶硅薄膜；绝缘的二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃、 硼硅玻璃薄膜以及金属钨薄膜等。
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随着激光的广泛应用，激光在气相沉积上也都 得到利用，激光气相沉积(LCVD)通常分为热解 LCVD和光解LCVD两类，主要用于激光光刻、 大规模集成电路掩膜的修正以及激光蒸发-沉 积。
在向真空方向发展方面在向真空方向发展方面， 出现了超高真空/化学气相沉(UHV/CVD)法。
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中国CVD技术生长高温超导体薄膜和CVD基础理论方面 取得了一些开创性成果。
Blocher 在 1997 年 称 赞 中 国 的 低 压 CVD(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)模拟模型的信中说： “这样的理论模型研究不仅仅在科学意义上增进了这项 工艺技术的基础性了解，而且引导在微电子硅片工艺应 用中生产效率的显著提高。”
在制造各类特种半导体器件中，采用CVD技术生长发 光器件中的磷砷化镓、氮化镓外延层等，硅锗合金外 延层及碳化硅外延层等也占有很重要的地位。
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在集成电路及半导体器件应用的CVD技术方面， 美国和日本，特别是美国占有较大的优势。
日本在蓝色发光器件中关键的氮化镓外延生长 方面取得突出进展，以实现了批量生产。
1968年K .Masashi等首次在固体表面用低汞灯 在P型单晶硅膜，开始了光沉积的研究。
1972年Nelson和Richardson用CO2激光聚焦束 沉积出碳膜，从此发展了激光化学气相沉积的 工作。
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继Nelson后，美国S. D. Allen，Hagerl等许多学 者采用几十瓦功率的激光器沉积SiC、Si3N4等非 金属膜和Fe、Ni、W、Mo等金属膜和金属氧化 物膜。
微电子工艺原理- 第6讲 薄膜工艺 3
4.1 化学气相沉积合成方法发 展
化学气相沉积乃是通过化学反应的方式，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。
化学气相沉积的英文词原意是化学蒸汽沉积 （Chemical Vapor Deposition,CVD），因为很多反应 物质在通常条件下是液态或固态，经过汽化成蒸汽再参 与反应的。
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4.2.1化学气相沉积法的概念 化学气相沉积乃是通过化学反应的方式，利用加
热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器 内使气态或蒸汽来自百度文库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。 从气相中析出的固体的形态主要有下列几种：在 固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒，在气体中生 成粒子。
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这是一种制造器件的半导体材料的系统，生长温度低 (425～600℃)，但真空度要求小于1.33×10Pa，系统 的设计制造比分子束外延(MBE)容易，其主要优点是能 实现多片生长。
此外，化学气相沉积制膜技术还有射频加热化学气相 沉 积 (RF/CVD) 、 紫 外 光 能 量 辅 助 化 学 气 相 沉 积 (UV/CVD)等其它新技术不断涌现。