化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,)是一种用于制造半导体薄膜常用的手段,CVD可以用于沉积各种类型的材料,包括绝缘体、半导体和导体。那么制造这些不同的材料就需要不同的机台。包括PECVD(等离子增强化学气相沉积)、LPCVD(低压化学气相沉积)、APCVD(大气压化学气相沉积)等等,今天来介绍一下常见的CVD机台。
等离子增强化学气相沉积(Plasma-Enhanced CVD,PECVD)
PECVD的工作原理是使用等离子来增强和促进在基片表面进行的化学反应。产生等离子体通常需要在反应腔内应用射频(RF)电场。这个电场可以使气体中的一些分子或原子电离,形成等离子体。使用等离子增强了化学反应,使得这个过程可以在较低的温度下进行(通常在300-400摄氏度,而标准的CVD则需要几百到一千摄氏度)。这是PECVD的一个重要优点,因为它允许在热敏感的材料上沉积薄膜,。
低压化学气相沉积(Low-Pressure CVD,LPCVD)
LPCVD过程是在相对较低的压力环境中进行的,通常在几百帕到几千帕的范围内。相比于在大气压下进行的CVD(也称为APCVD),低压环境可以减少气体的碰撞和散射,从而提高沉积速率和膜的均匀性。LPCVD通常在高温环境中进行,一般在500至800摄氏度。高温可以提高化学反应的速率,从而增加薄膜的沉积速度。LPCVD通常是一个批处理过程,意味着一次可以处理多片晶圆。批处理的能力取决于反应炉的大小和设计,一次可能可以处理25片,50片,100片或更多的晶圆。
大气压化学气相沉积(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition)
APCVD过程在大气压下进行。相比于在低压下进行的CVD(也称为LPCVD),APCVD通常更简单,因为它不需要复杂的真空系统。然而,由于在大气压下气体的碰撞和散射会增加,这可能导致膜的均匀性降低。APCVD通常在较高的温度下进行,通常在几百到一千摄氏度之间。虽然APCVD通常无法达到LPCVD或其他CVD技术的精度和均匀性,但在许多应用中,它仍然可以提供足够高质量的膜。例如,APCVD常常被用来沉积硅酸盐玻璃(如PSG,磷硅酸盐玻璃)和多晶硅。
金属有机化学气相沉积(Metal-Organic CVD,MOCVD)
金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)是一种在半导体制程中广泛使用的沉积技术。MOCVD主要用于制备各种半导体材料,特别是III-V族半导体,如氮化镓(GaN)、磷化铝(AlP)、磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)等。MOCVD的特点在于它使用有机金属化合物作为前驱体。这些化合物在反应室中分解,释放出金属原子,这些金属原子在基片表面形成薄膜。
原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)
ALD的工作原理基于自限反应。在自限反应中,前驱体分子与基片表面上的化学基团反应,生成一层均匀的原子层。当所有的化学基团都与前驱体反应过后,反应就停止了,这就是为什么被称为自限反应。这意味着,无论前驱体分子的浓度或反应时间有多长,每一个ALD周期都只会生成一层原子。
ALD可以制造出具有极高均匀性、低缺陷、优良界面质量的薄膜。这使得ALD非常适合用于制造需要高质量薄膜的应用,例如在半导体设备中的栅介质、超薄二氧化硅等。