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化学气相沉积

浏览数:1,152 发布于:2021-03-09

化学气相沉积技术介绍

化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)是一种用来产生纯度高、性能好的固态材料的化学技术。半导体产业使用此技术来成长薄膜。典型的CVD工艺是将晶圆(基底)暴露在一种或多种不同的前趋物下,在基底表面发生化学反应或/及化学分解来产生欲沉积的薄膜。反应过程中通常也会伴随地产生不同的副产品,但大多会随着气流被带走,而不会留在反应腔(reaction chamber)中。

CVD技术可以用来沉积不同形式的材料,包括单晶、多晶、非晶及外延材料。这些材料有硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳米线、纳米碳管、硅锗、钨、硅碳、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及各种不同的high-k介质等材料。CVD制程也常用来生成合成钻石。

根据不同的压力工作条件,CVD可以分为以下几种类型

  • APCVD(atmospheric pressure CVD):在大气压条件下进行化学气相沉积
  • LPCVD(low pressure CVD):在低压条件下进行化学气相沉积,较低的压力可以减少气相中的反应,使反应尽可能在沉积表面进行,从而提高薄膜的均匀性
  • UHVCVD(ultrahigh vacuum CVD):在低于10-6Pa的超高真空环境下进行化学气相沉积,获得高质量的膜层

目前主流CVD为LPCVD或UHVCVD。

通过等离子体可提高CVD过程中的反应速率、降低反应温度,是在很多薄膜沉积领域常用的技术。具体来说可分为以下几种形式:

  • MPCVD(Microwave plasma-assisted CVD):微波等离子体化学气相沉积,利用微波使反应气体产生等离子体参与化学气相沉积过程
  • PECVD(Plasma-enhanced CVD):等离子体增强化学气相沉积,利用等离子体(通常为电感或电容耦合产生)提升前驱体的化学反应速率,并且可在较低温度下实现有机薄膜的沉积
  • RPECVD(Remote plasma-enhanced CVD):远程等离子增强化学气相沉积,与普通PECVD类似,但是等离子体并不在沉积区内产生,而是在其他区域产生后输送至基板所在区域发送化学反应。这种模式进一步降低了沉积温度,甚至可以在室温下进行
  • LEPECVD (Low-energy plasma-enhanced chemical vapor deposition) :低能量等离子体增强化学气相沉积,采用高密度但低能量的等离子体进行半导体材料的外延生长,同时能够实现低温和高沉积速率
PECVD工作示意图

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