化学气相沉积和薄膜形成

化学气相沉积和薄膜形成

        化学气相沉积过程可以定义为：通过气相吸附前体的表面介导反应在基材上形成薄固体膜的任何过程。

        CVD工艺的反应性使其有别于PVD中采用的蒸发和溅射等物理工艺。“表面介导”一词是指固体薄膜是由基材表面发生的非均相反应形成的。在表面反应的化合物可以是供给系统的原始试剂化学品，也可以是高温气相中产生的短寿命中间物种。一般来说，大多数CVD工艺和设备都经过设计，以避免形成这种气相中间物种，因为它们可以自反应产生气相颗粒。历史上，大多数CVD过程都是在真空下的水平热壁管式反应器或大气压下的连续反应器中使用批式反应器方法进行的。然而，随着设备尺寸的缩小，对CVD反应中化学过程进行更严格控制的需求变得越来越重要。，导致今天更普遍的sinale晶圆/簇自动化配置，其中可以制作薄膜。

        图显示了一个示意图，可以帮助理解CVD反应器中的不同过程。化学气相沉积过程可以分解为许多离散的步骤：首先，必须将前体化学品送入CVD反应器。一旦进入反应器，前体分子必须被输送到基材表面，通常是通过流体输送和扩散的结合。一旦到达表面，前体分子必须在那里停留足够长的时间以进行反应。反应发生后，产物薄膜原子必须留在表面，而副产物分子必须从基材表面解吸，为更多进入的前体分子腾出空间。

目前，我们不会考虑反应的压力或反应器的配置类型，因为这些可能变化很大，而且通常是特定于工艺的。不同类型CVD工艺的主要共同特征是，在所有情况下，反应或反应的关键方面都是热驱动的，这需要向工艺中添加能量。这种能量可以是基材的热量、反应物的等离子体能量或两者的组合。

        用于CVD反应的前体必须具有极高的纯度，因为任何杂质都不会被引入沉积的薄膜中。这些杂质会在薄膜的材料特性中引入不受控制的变化，从而对器件性能产生不利影响。作为纯度声明的必然结果，CVD前体在储存条件下也必须是稳定的，因为任何分解都会产生杂质，这些杂质将被送入工艺。通常，CVD前体仅在CVD工艺中存在的温度和压力条件下反应。

前体/稀释剂

CVD工艺的典型前体包括：

氧气

卤化物：H、SiCl、HSiCl、TiCl、WF.等。

氢化物：SiH、GeH、AIH、NMe）、NH、。，等。

有机金属：AlMe、Ti（CH、tBu）等。

金属醇盐：TEOS、四二甲氨基钛（TDMAT）、Ti（OiPr）等。

金属二烷基酰胺：Ti（NMe）等。

金属二酮酸盐：铜（acac）。

金属羰基化合物：Ni（CO）

        实际CVD工艺的第一步是将前体和任何所需的稀释气体受控引入反应室；该介绍如图136所示，位于腔室的左侧。为此，前体必须具有足够的蒸汽压以产生稳定的蒸汽。可控制流向工艺室的流量，高压如硅烷、氢气、氨气。许多液体（例如，卤化物，如二氯和三氯硅烷、四氯化钛、六氟化钨、五氯化钽；有机金属化合物，如TEOS、磷酸三甲酯（TMP）、烷基铝、四（二乙酰胺基）铪、四（二甲酰胺基）钛等）也有足够的蒸气压，可以使用MFC产生稳定、可控的流量。挥发性较低的潜在前体，包括挥发性固体，对输送到CVD反应器造成了问题，因为迄今为止使用的大多数方法都存在可重复性问题。在实践中，基材被装入工艺室，并在惰性气体流下加热到所需的工艺温度。一旦基材达到温度，将前体/稀释气体混合物引入处理室。