12種化學(xué)氣相沉積（CVD） 一定有你不知道的

聽起來可能很奇怪。但是這兩種類型的工藝確實(shí)可以在同一個(gè)系統(tǒng)中運(yùn)行。雖然存在一些內(nèi)部差異，例如額外的氣體入口，但兩種設(shè)備的核心結(jié)構(gòu)幾乎完全相同。

在HDP CVD工藝問世之前，大多數(shù)芯片廠普遍采用PECVD進(jìn)行絕緣介質(zhì)的填充。這種工藝對(duì)于大于0.8微米的間隔具有良好的填孔效果，然而對(duì)于小于0.8微米的間隙，PECVD工藝一步填充具有高的深寬比的間隔時(shí)會(huì)在間隔中部產(chǎn)生夾斷和空洞。在探索如何同時(shí)滿足高深寬比間隙的填充和控制成本的過程中誕生了HDP CVD工藝，它的突破創(chuàng)新之處在于，在同一個(gè)反應(yīng)腔中同步地進(jìn)行沉積和刻蝕工藝。

• 微波等離子化學(xué)氣相沉積

微波等離子化學(xué)氣相沉積技術(shù)（MPCVD）適合制備面積大、均勻性好、純度高、結(jié)晶形態(tài)好的高質(zhì)量硬質(zhì)薄膜和晶體。MPCVD是制備大尺寸單晶金剛石有效手段之一。該方法利用電磁波能量來激發(fā)反應(yīng)氣體。由于是無極放電，等離子體純凈，同時(shí)微波的放電區(qū)集中而不擴(kuò)展，能激活產(chǎn)生各種原子基團(tuán)如原子氫等，產(chǎn)生的離子的最大動(dòng)能低，不會(huì)腐蝕已生成的金剛石。

通過對(duì)MPCVD沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，可以在沉積腔中產(chǎn)生大面積而又穩(wěn)定的等離子體球，因而有利于大面積、均勻地沉積金剛石膜，這一點(diǎn)又是火焰法所難以達(dá)到的，因而微波等離子體法制備金剛石膜的優(yōu)越性在所有制備法中顯得十分的突出。

• 微波電子回旋共振等離子體化學(xué)氣相沉積

在MPCVD中為了進(jìn)一步提高等離子體密度，又出現(xiàn)了電子回旋共振MPCVD（Electron Cyclotron Resonance CVD，簡稱ECR-MPCVD）。由于微波CVD在制備金剛石膜中的獨(dú)有優(yōu)勢，使得研究人員普遍使用該方法制備金剛石膜，通過大量的研究，不僅在MPCVD制備金剛石膜的機(jī)理上取得了顯著的成果，而且用CVD法制備的金剛石膜也廣泛的用于工具、熱沉、光學(xué)、高溫電子等領(lǐng)域的工業(yè)研究與應(yīng)用。

• 超高真空化學(xué)氣相沉積

超高真空化學(xué)氣相沉積（UHV/CVD）是制備優(yōu)質(zhì)亞微米晶體薄膜、納米結(jié)構(gòu)材料、研制硅基高速高頻器件和納電子器件的關(guān)鍵的先進(jìn)薄膜技術(shù)。

超高真空化學(xué)氣相沉積技術(shù)發(fā)展于20世紀(jì)80年代末，是指在低于10-6 Pa (10-8 Torr) 的超高真空反應(yīng)器中進(jìn)行的化學(xué)氣相沉積過程，特別適合于在化學(xué)活性高的襯底表面沉積單晶薄膜。石墨烯就是可以通過UHV/CVD生產(chǎn)的材料之一。與傳統(tǒng)的氣相外延不同，UHV/CVD技術(shù)采用低壓和低溫生長，能夠有效地減少摻雜源的固態(tài)擴(kuò)散，抑制外延薄膜的三維生長。UHV/CVD系統(tǒng)反應(yīng)器的超高真空避免了Si襯底表面的氧化,并有效地減少了反應(yīng)氣體所產(chǎn)生的雜質(zhì)摻入到生長的薄膜中。

在超高真空條件下，反應(yīng)氣分子能夠直接傳輸?shù)揭r底表面，不存在反應(yīng)氣體的擴(kuò)散及分子間的復(fù)雜相互作用，沉積過程主要取決于氣-固界面的反應(yīng)。傳統(tǒng)的氣相外延中，氣相前驅(qū)物通過邊界層向襯底表面的擴(kuò)散決定了外延薄膜的生長速率。超高真空使得氣相前驅(qū)物分子直接沖擊襯底表面，薄膜的生長主要由表面的化學(xué)反應(yīng)控制。因此，在支撐座上的所有基片(襯底)表面的氣相前驅(qū)物硅烷或鍺烷分子流量都是相同的，這使得同時(shí)在多基片上實(shí)現(xiàn)外延生長成為可能。

• 低壓化學(xué)氣相沉積

低壓化學(xué)氣相沉積法(Low-pressure CVD，LPCVD)的設(shè)計(jì)就是將反應(yīng)氣體在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行沉積反應(yīng)時(shí)的操作壓力，降低到大約133Pa以下的一種CVD反應(yīng)。LPCVD壓強(qiáng)下降到約133Pa以下，與此相應(yīng)，分子的自由程與氣體擴(kuò)散系數(shù)增大，使氣態(tài)反應(yīng)物和副產(chǎn)物的質(zhì)量傳輸速率加快，形成薄膜的反應(yīng)速率增加，即使平行垂直放置片子片子的片距減小到5~10mm，質(zhì)量傳輸限制同片子表面化學(xué)反應(yīng)速率相比仍可不予考慮，這就為直立密排裝片創(chuàng)造了條件，大大提高了每批裝片量。

以LPCVD法來沉積的薄膜，將具備較佳的階梯覆蓋能力，很好的組成成份和結(jié)構(gòu)控制、很高的沉積速率及輸出量。再者LPCVD并不需要載子氣體，因此大大降低了顆粒污染源，被廣泛地應(yīng)用在高附加價(jià)值的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，用以作薄膜的沉積。LPCVD廣泛用于二氧化硅（LTO TEOS）、氮化硅（低應(yīng)力）（Si3N4）、多晶硅（LP-POLY）、磷硅玻璃（BSG）、硼磷硅玻璃(BPSG)、摻雜多晶硅、石墨烯、碳納米管等多種薄膜。

• 熱化學(xué)氣相沉積

熱化學(xué)氣相沉積(TCVD)是指利用高溫激活化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行氣相生長的方法。廣泛應(yīng)用的TCVD技術(shù)如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、氯化物化學(xué)氣相沉積、氫化物化學(xué)氣相沉積等均屬于熱化學(xué)氣相沉積的范圍。熱化學(xué)氣相沉積按其化學(xué)反應(yīng)形式可分成幾大類：

（1）化學(xué)輸運(yùn)法：構(gòu)成薄膜物質(zhì)在源區(qū)與另一種固體或液體物質(zhì)反應(yīng)生成氣體.然后輸運(yùn)到一定溫度下的生長區(qū)，通過相反的熱反應(yīng)生成所需材料，正反應(yīng)為輸運(yùn)過程的熱反應(yīng)，逆反應(yīng)為晶體生長過程的熱反應(yīng)。

（2）熱解法：將含有構(gòu)成薄膜元素的某種易揮發(fā)物質(zhì)，輸運(yùn)到生長區(qū)，通過熱分解反應(yīng)生成所需物質(zhì)，它的生長溫度為1000-1050攝氏度。

（3）合成反應(yīng)法：幾種氣體物質(zhì)在生長區(qū)內(nèi)反應(yīng)生成所生長物質(zhì)的過程，上述三種方法中，化學(xué)輸運(yùn)法一般用于塊狀晶體生長，分解反應(yīng)法通常用于薄膜材料生長，合成反應(yīng)法則兩種情況都用。熱化學(xué)氣相沉積應(yīng)用于半導(dǎo)體材料，如Si，GaAs，InP等各種氧化物和其它材料。

• 高溫化學(xué)氣相沉積

高溫化學(xué)氣相沉積是碳化硅晶體生長的重要方法。HTCVD生長碳化硅晶體是在密閉的反應(yīng)器中，外部加熱使反應(yīng)室保持所需要的反應(yīng)溫度（2000℃~2300℃）。高溫化學(xué)氣相沉積是在襯底材料表面上產(chǎn)生的組合反應(yīng)，是一種化學(xué)反應(yīng)。它涉及熱力學(xué)、氣體輸送及膜層生長等方面的問題，根據(jù)反應(yīng)氣體、排出氣體分析和光譜分析，其過程一般分為以下幾步：混合反應(yīng)氣體到達(dá)襯底材料表面；反應(yīng)氣體在高溫分解并在襯底材料表面上產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成固態(tài)晶體膜；固體生成物在襯底表面脫離移開，不斷地通入反應(yīng)氣體，晶體膜層材料不斷生長。

• 中溫化學(xué)氣相沉積

MTCVD硬質(zhì)涂層工藝技術(shù)，在20世紀(jì)80年代中期就已問世，但在當(dāng)時(shí)并沒有引起人們的重視，直到20世紀(jì)90年代中期，世界上主要硬質(zhì)合金工具生產(chǎn)公司，利用HTCVD和MTCVD技術(shù)相結(jié)合，研究開發(fā)出新型的超級(jí)硬質(zhì)合金涂層材料，有效地解決了在高速、高效切削、合金鋼重切削、干切削等機(jī)械加工領(lǐng)域中，刀具使用壽命低的難高強(qiáng)度題才引起廣泛的重視。目前，已在涂層硬質(zhì)合金刀具行業(yè)投入生產(chǎn)應(yīng)用，效果十分顯著。

MTCVD技術(shù)沉積工藝如下。沉積溫度：700~ 900℃；沉積反應(yīng)壓力：2X103~2X104Pa；主要反應(yīng)氣體配比：CH3CN：TiCl4：H2=0.01：0.02：1；沉積時(shí)間：1一4h。

• 金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積

MOCVD是在氣相外延生長(VPE)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型氣相外延生長技術(shù)。MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有機(jī)化合物和V、Ⅵ族元素的氫化物等作為晶體生長源材料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行氣相外延，生長各種Ⅲ-V主族、Ⅱ-Ⅵ副族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。通常MOCVD系統(tǒng)中的晶體生長都是在常壓或低壓(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不銹鋼)反應(yīng)室中進(jìn)行，襯底溫度為500-1200℃，用直流加熱石墨基座(襯底基片在石墨基座上方)，H2通過溫度可控的液體源鼓泡攜帶金屬有機(jī)物到生長區(qū)。

MOCVD適用范圍廣泛，幾乎可以生長所有化合物及合金半導(dǎo)體，非常適合于生長各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，還可以生長超薄外延層，并能獲得很陡的界面過渡，生長易于控制，可以生長純度很高的材料，外延層大面積均勻性良好，可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

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