化学气相沉积

化学气相沉积

化学气相沉积（CVD）氧化是一种线性生长工艺，其中前驱体气体将薄膜沉积在反应器中的晶圆上。这是一个低温生长过程，与热氧化相比，其具有更高的生长速率。它产生的二氧化硅层更薄，因为薄膜是沉积的，而不是生长而来的。这种工艺产生的薄膜具有高电阻特性，非常适合用于集成电路和MEMS器件，以及其他许多应用。

化学气相沉积（CVD）氧化适用于需要外部层但硅衬底可能无法被氧化的情况。

化学气相沉积生长：

当气体或蒸汽（前驱体气体）被引入低温反应器中时，CVD生长就发生了，并在低温反应器中垂直或水平排列放置晶圆。气体在系统中流动并均匀分布在晶圆表面。当这些前驱体气体在反应器中流动时，晶圆会将其吸附在表面。

一旦前驱体气体均匀地分布在整个系统中，化学反应就会沿着衬底表面开始。这些化学反应开始时会形成一个个岛状形貌，随着过程的继续，这些岛状形貌不断增长和合并，最终形成所需的薄膜。化学反应会在晶圆表面产生副产物，这些副产物扩散穿过边界层并流出反应器，只留下带有沉积薄膜涂层的晶圆。

(1.) 气体/蒸汽开始反应并在衬底表面形成岛状形貌。(2.) 岛状形貌增长并开始合并在一起。 (3.) 形成连续、均匀的薄膜。 

化学气相沉积的优点：

• 低温生长过程
• 沉积速率快（尤其是APCVD）
• 不必是硅衬底
• 良好的台阶覆盖率（尤其是PECVD）

化学气相沉积的种类

低压化学气相沉积（LPCVD）

低压化学气相沉积是一种无需加压的标准化学气相沉积工艺。LPCVD和其他CVD方法的主要区别在于沉积温度。LPCVD采用最高温度来沉积薄膜，通常在600℃以上。

低压环境可产生纯度高、重现性好、均匀性好的极度均匀薄膜。这是在10 – 1,000Pa之间进行的，而标准室压是101,325Pa。温度决定这些薄膜的厚度和纯度，温度越高，薄膜越厚，纯度越高。

• 常见的沉积薄膜：多晶硅薄膜、掺杂&未掺杂的氧化物薄膜、氮化物薄膜

等离子体增强化学气相沉积（PECVD）

等离子体增强化学气相沉积是一种低温、高膜致密度的沉积技术。PECVD是在添加了等离子体的CVD反应器中进行的，等离子体是一种具有高自由电子含量（~50%）的部分电离气体。这是一种在100℃-400℃之间进行的低温沉积方法。PECVD可以在低温下进行，因为自由电子的能量会使反应气体解离，从而在晶圆表面形成一层薄膜。

等离子体增强化学气相沉积法使用两种不同类型的等离子体：

1. 冷等离子体： 电子的温度高于中性粒子和离子。这种方法通过改变沉积室的压力来利用电子的能量。
2. 热等离子体：电子的温度与沉积室中的粒子和离子的温度相同。

在沉积室内部，射频电压在晶圆上方和下方的电极之间传输。这会给电子“充电”并使其处于可激发状态，以便沉积所需的薄膜。

通过PECVD生长薄膜有四个步骤：

1. 将目标晶圆置于沉积室内的电极上。
2. 将反应气体和沉积元件引入沉积室。
3. 在电极之间发射等离子体，并施加电压以激发等离子体。
4. 活性气体解离并与晶圆表面反应，形成薄膜。副产物扩散出沉积室。

• 常见的沉积薄膜：氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、非晶硅薄膜、氧氮化硅（SixOyNz）薄膜

常压化学气相淀积（APCVD）

常压化学气相沉积是一种在标准大气压下进行的低温沉积技术。与其他CVD方法一样，APCVD需要在沉积室内加入前驱体气体，然后缓慢提高温度以催化晶圆表面的反应，并沉积出薄膜。该方法简单，具有非常高的沉积速率。

• 常见的沉积薄膜：掺杂和未掺杂的氧化硅薄膜、氮化硅薄膜。也用于退火工艺。

高密度等离子体化学气相淀积（HDP CVD）

高密度等离子体化学气相沉积是PECVD的其中一种，它使用更高密度的等离子体，使晶圆能够在沉积室中以更低的温度（80℃-150℃之间）进行反应。该工艺可以生成具有高深宽比间隙填充能力的薄膜。

• 常见的沉积薄膜：二氧化硅（SiO2）薄膜、氮化硅（Si3N4薄膜）、碳化硅（SiC）薄膜

次大气压化学气相沉积（SACVD）

次大气压化学气相沉积与其他方法不同，因为它在标准室压下进行，并使用臭氧（O3）来帮助催化反应。沉积过程在高于LPCVD但低于APCVD的压力下进行，压力介于13,300Pa – 80,000Pa之间。SACVD薄膜有较高的沉积速率，且随着温度的升高而提高，但当达到约490°C时，沉积速率开始降低。

• 常见的沉积薄膜：BPSG、PSG、TEOS

USG, BPSG