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11种化学气相沉积(CVD)技术盘点(二)

中诺新材 2023-09-20

低压化学气相沉积(LPCVD

低压化学气相沉积法(Low-pressureCVDLPCVD)的设计就是将反应气体在反应器内进行沉积反应时的操作压力,降低到大约133Pa以下的一种CVD反应。LPCVD压强下降到约133Pa以下,与此相应,分子的自由程与气体扩散系数增大,使气态反应物和副产物的质量传输速率加快,形成薄膜的反应速率增加,即使平行垂直放置片子片子的片距减小到5~10mm,质量传输限制同片子表面化学反应速率相比仍可不予考虑,这就为直立密排装片创造了条件,大大提高了每批装片量。

LPCVD法来沉积的薄膜,将具备较佳的阶梯覆盖能力,很好的组成成份和结构控制、很高的沉积速率及输出量。再者LPCVD并不需要载子气体,因此大大降低了颗粒污染源,被广泛地应用在高附加价值的半导体产业中,用以作薄膜的沉积。LPCVD广泛用于二氧化硅(LTOTEOS)、氮化硅(低应力)(Si3N4)、多晶硅(LP-POLY)、磷硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、掺杂多晶硅、石墨烯、碳纳米管等多种薄膜。

热化学气相沉积(TCVD)

热化学气相沉积(TCVD)是指利用高温激活化学反应进行气相生长的方法。广泛应用的TCVD技术如金属有机化学气相沉积、氯化物化学气相沉积、氢化物化学气相沉积等均属于热化学气相沉积的范围。热化学气相沉积按其化学反应形式可分成几大类:

1)化学输运法:构成薄膜物质在源区与另一种固体或液体物质反应生成气体.然后输运到一定温度下的生长区,通过相反的热反应生成所需材料,正反应为输运过程的热反应,逆反应为晶体生长过程的热反应。

2)热解法:将含有构成薄膜元素的某种易挥发物质,输运到生长区,通过热分解反应生成所需物质,它的生长温度为1000-1050摄氏度。

3)合成反应法:几种气体物质在生长区内反应生成所生长物质的过程,上述三种方法中,化学输运法一般用于块状晶体生长,分解反应法通常用于薄膜材料生长,合成反应法则两种情况都用。热化学气相沉积应用于半导体材料,如SiGaAsInP等各种氧化物和其它材料。

高温化学气相沉积(HTCVD

高温化学气相沉积是碳化硅晶体生长的重要方法。HTCVD生长碳化硅晶体是在密闭的反应器中,外部加热使反应室保持所需要的反应温度(2000~2300℃)。高温化学气相沉积是在衬底材料表面上产生的组合反应,是一种化学反应。它涉及热力学、气体输送及膜层生长等方面的问题,根据反应气体、排出气体分析和光谱分析,其过程一般分为以下几步:混合反应气体到达衬底材料表面;反应气体在高温分解并在衬底材料表面上产生化学反应生成固态晶体膜;固体生成物在衬底表面脱离移开,不断地通入反应气体,晶体膜层材料不断生长。

中温化学气相沉积(MTCVD

MTCVD硬质涂层工艺技术,在20世纪80年代中期就已问世,但在当时并没有引起人们的重视,直到20世纪90年代中期,世界上主要硬质合金工具生产公司,利用HTCVDMTCVD技术相结合,研究开发出新型的超级硬质合金涂层材料,有效地解决了在高速、高效切削、合金钢重切削、干切削等机械加工领域中,刀具使用寿命低的难高强度题才引起广泛的重视。目前,已在涂层硬质合金刀具行业投入生产应用,效果十分显著。

MTCVD技术沉积工艺如下。沉积温度:700~900℃;沉积反应压力:2X103~2X104Pa;主要反应气体配比:CH3CNTiCl4H2=0.010.021;沉积时间:14h

金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD

MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素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主族、Ⅱ-Ⅵ副族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行,衬底温度为500-1200℃,用直流加热石墨基座(衬底基片在石墨基座上方)H2通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。

MOCVD适用范围广泛,几乎可以生长所有化合物及合金半导体,非常适合于生长各种异质结构材料,还可以生长超薄外延层,并能获得很陡的界面过渡,生长易于控制,可以生长纯度很高的材料,外延层大面积均匀性良好,可以进行大规模生产。

激光诱导化学气相沉积(LCVD

LCVD是利用激光束的光子能量激发和促进化学气相反应的沉积薄膜方法。在光子的作用下,气相中的分子发生分解,原子被激活,在衬底上形成薄膜。这种方法与常规的化学气相沉积(CVD)相比,可以大大降低衬底的温度,防止衬底中杂质分布截面受到破坏,可在不能承受高温的衬底上合成薄膜。与等离子体化学气相沉积方法相比,可以避免高能粒子辐照在薄膜中造成损伤。

根据激光在化学气相沉积过程中所起的作用不同可以将LCVD分为光LCVD和热LCVD,它们的反应机理也不尽相同。光LCVD是利用反应气体分子或催化分子对特定波长的激光共振吸收,反应分子气体收到激光加热被诱导发生离解的化学反应,在合适的制备工艺参数如激光功率、反应室压力与气氛的比例、气体流量以及反应区温度等条件下形成薄膜。光LCVD原理与常规CVD主要不同在于激光参与了源分子的化学分解反应,反应区附近极陡的温度梯度可精确控制,能够制备组分可控、粒度可控的超微粒子。

LCVD主要利用基体吸收激光的能量后在表面形成一定的温度场,反应气体流经基体表面发生化学反应,从而在基体表面形成薄膜。热LCVD过程是一种急热急冷的成膜过程,基材发生固态相变时,快速加热会造成大量形核,激光辐照后,成膜区快速冷却,过冷度急剧增大,形核密度增大。同时,快速冷却使晶界的迁移率降低,反应时间缩短,可以形成细小的纳米晶粒。

除以上提到的薄膜沉积方法外,还有常压化学气相沉积(APCVD)等分类技术。


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