氣相沉積法

　　化學(xué)氣相沉積(CVD)是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù)，包括大范圍的絕緣材料，大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。從理論上來說，它是很簡單的：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。淀積氮化硅膜(Si3N4)就是一個很好的例子，它是由硅烷和氮反應(yīng)形成的。

　　概述

　　然而，實際上， 反應(yīng)室中的反應(yīng)是很復(fù)雜的，有很多必須考慮的因素，沉積參數(shù)的變化范圍是很寬的：反應(yīng)室內(nèi)的壓力、晶片的溫度、氣體的流動速率、氣體通過晶片的路程(如圖所示)、氣體的化學(xué)成份、一種氣體相對于另一種氣體的比率、反應(yīng)的中間產(chǎn)品起的作用、以及是否需要其它反應(yīng)室外的外部能量來源加速或誘發(fā)想得到的反應(yīng)等。額外能量來源諸如等離子體能量，當(dāng)然會產(chǎn)生一整套新變數(shù)，如離子與中性氣流的比率，離子能和晶片上的射頻偏壓等。

　　然后，考慮沉積薄膜中的變數(shù)：如在整個晶片內(nèi)厚度的均勻性和在圖形上的覆蓋特性(后者指跨圖形臺階的覆蓋)，薄膜的化學(xué)配比(化學(xué)成份和分布狀態(tài))，結(jié)晶晶向和缺陷密度等。當(dāng)然，沉積速率也是一個重要的因素，因為它決定著反應(yīng)室的產(chǎn)出量，高的沉積速率常常要和薄膜的高質(zhì)量折中考慮。反應(yīng)生成的膜不僅會沉積在晶片上，也會沉積在反應(yīng)室的其他部件上，對反應(yīng)室進(jìn)行清洗的次數(shù)和徹底程度也是很重要的。

　　化學(xué)家和物理學(xué)家花了很多時間來考慮怎樣才能得到高質(zhì)量的沉積薄膜。他們已得到的結(jié)論認(rèn)為：在晶片表面的化學(xué)反應(yīng)首先應(yīng)是形成“成核點(diǎn)”，然后從這些“成核點(diǎn)”處生長得到薄膜，這樣淀積出來的薄膜質(zhì)量較好。另一種結(jié)論認(rèn)為，在反應(yīng)室內(nèi)的某處形成反應(yīng)的中間產(chǎn)物，這一中間產(chǎn)物滴落在晶片上后再從這一中間產(chǎn)物上淀積成薄膜，這種薄膜常常是一種劣質(zhì)薄膜。

　　化學(xué)氣相沉積法是傳統(tǒng)的制備薄膜的技術(shù)，其原理是利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，通過原子、分子間化學(xué)反應(yīng)，使得氣態(tài)前驅(qū)體中的某些成分分解，而在基體上形成薄膜。化學(xué)氣相沉積包括常壓化學(xué)氣相沉積、等離子體輔助化學(xué)沉積、激光輔助化學(xué)沉積、金屬有機(jī)化合物沉積等。

　　相關(guān)爭論

　　對許多金屬和金屬合金一個有趣的爭論就是，他們是通過物理氣相沉積(PVD)還是通過化學(xué)氣相沉積(CVD)能得到最好的沉積效果。盡管CVD比PVD有更好的臺階覆蓋特性，但目前諸如銅的子晶層和鉭氮擴(kuò)散層薄膜都是通過PVD來沉積的，因為現(xiàn)有的大量裝置都是基于PVD系統(tǒng)的，工程技術(shù)人員對PVD方法也有較高的熟練程度。一些人建議，既然臺階覆蓋特性越來越重要(尤其是在通孔邊墻覆蓋)，CVD方法將成為必不可少的技術(shù)。相似的爭論也存在于產(chǎn)生低k值介質(zhì)材料方面：是使用CVD方法好還是采用旋涂工藝好?

　　在化學(xué)氣相沉積中，決定晶圓間薄膜均勻性的重要參數(shù)之一是晶圓間的氣體是如何流動的。上圖所示是Novellus概念下Three ALTUS系統(tǒng)中，一個晶圓及其基座上的SiH4集中度和鎢沉積率的典型路徑圖。

　　氣相法

　　是直接利用氣體，或者通過各種手段將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或者化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米粒子的方法。用該法可制備純度高、顆粒分散性好、粒徑分布窄、粒徑小的納米陶瓷粉體。氣相法又可分為氣體中蒸發(fā)法、化學(xué)氣相反應(yīng)法、濺射源法、流動油面上真空沉積法和金屬蒸汽合成法。

　　沉淀法

　　又分為直接沉淀法、共沉淀法和均勻沉淀法等，都是利用生成沉淀的液相反應(yīng)來制取。共沉淀法可在制備過程中完成反應(yīng)及摻雜過程，因此較多地應(yīng)用于電子陶瓷的制備。BaTiO3是一種重要的電子陶瓷材料，具有高介電常數(shù)和優(yōu)異的鐵電和壓電性能。用TiCl4,H2O2和BaCl2以共沉淀法制備過氧化鈦前驅(qū)體，經(jīng)無水乙醇分散脫水，熱分解制備出顆粒直徑小于30 nm的BaTi03納米晶。