CVD工艺介绍
cvd化学气相沉积工艺
CVD（化学气相沉积）是一种重要的薄膜生长工艺，广泛应用于半导体、光电子、纳米材料和涂层工业中。
以下是CVD工艺的基本概述：1. 概念：CVD是一种通过将气体前体化合物沉积在固体表面上来生长薄膜或涂层的工艺。
这些前体气体通过加热可升华或分解，然后在基底表面反应并形成所需的材料。
2. 基本步骤：CVD工艺包括以下基本步骤：a. 前体气体引入：气体前体化合物以气体或液体形式引入反应室。
b. 基底准备：基底通常是硅片、玻璃、金属等，必须事先准备，例如清洗和加热，以确保薄膜附着良好。
c. 气体分解或反应：前体气体在高温下分解或反应，生成反应产物。
d. 反应产物沉积：反应产物沉积在基底表面，形成所需的薄膜或涂层。
e. 废气排放：废气将未反应的气体和副产物排出反应室。
3. 温度和压力控制：控制CVD工艺的温度和压力非常重要。
温度通常高于反应气体的沸点，以确保气体前体可以蒸发或分解。
压力可以调整以控制气体的浓度和反应速率。
4. 类型：CVD工艺有多种类型，包括：a. 热CVD：在高温下进行，常用于硅片生产等。
b. 低压CVD（LPCVD）：在较低的压力下进行，适用于高质量薄膜的生长。
c. PECVD（等离子体增强化学气相沉积）：使用等离子体激活气体前体，通常用于生长氢化非晶硅薄膜等。
d. MOCVD（金属有机化学气相沉积）：用于生长半导体材料，如GaAs、InP等。
5. 应用：CVD工艺在半导体制造、光电子器件、太阳能电池、涂层技术、纳米材料制备等领域具有广泛应用。
它用于生长晶体薄膜、导电涂层、光学涂层、硅片的外延生长等。
6. 控制和监测：CVD工艺需要精确的温度、压力和气体流量控制，以及监测反应产物和废气的化学成分。
总之，CVD是一种重要的化学气相沉积工艺，可用于生长各种薄膜和涂层，广泛应用于多个工业领域，是现代微电子和纳米技术的基础之一。
CVD工艺原理及设备介绍
process chamber以及缩回后放进transfer chamber slit阀关闭及密封 susceptor举起玻璃偏离lift pins而放之于diffuser下方
➢ 基础真空:500mTorr以下 ➢ 两个Loadlock Chamber公用一个Pump ➢ Loadlock Door是由两个气缸构成,完成两个方向的运动 ➢ 升降台:由导轨和丝杠构成,通过直流步进电机进行驱动
2、 ACLS
ACLS(Automatic Cassette Load Station)是主要放置Cassette 的地方
上升到process chamber盖的d i f f u s e r 用 瓷固定架和RF绝缘体来隔离它和process chamber盖。( f loa t ing d i f f u s e r )
Diffuser Backing Plate (Bottom View) Backing Plate Lid frame
生长的主要是一些中性产物SiHn（n为0～
3）
7. 几种膜的性能要求
(1) a-Si:H
低隙态密度、深能级杂质少、高迁移率、暗态电阻率 高
(2) a-SiNx:H
i. 作为介质层和绝缘层，介电常数适中，耐压能力强，电阻率 高，固定电荷少，稳定性好，含富氮材料，针孔少，厚度均匀
ii.作为钝化层，密度较高，针孔少
陶瓷检查
所有程序中的陶瓷装置腔体和盖的 裂纹，扭曲，缺口或其他变形
Lift pins 和pin plate是分开的部分
当玻璃降低至susceptor上时，pin plate完全缩回 ，lift pins凹陷在 susceptor 表面内
CVD
CVD
化学气相沉积技术
化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition---CVD）
沉积是指一种材料以物理方式沉积在基体表面的成 型工艺过程。 CVD是一种用来产生纯度高、性能好的固态材料的 化学技术。该技术将基底暴露在一种或多种不同的 前驱物下，通过在基底表面发生化学反应或化学分 解来沉积产生薄膜。
PECVD---工作原理
1. 2.
以碳氢化合物（CH4、C2H2等）为气体原料与氢气 混合，利用微波使碳氢化合物离解，在等离子态时， 氢离子相互结合成氢气，可以被抽真空设备抽走， 剩下的碳离子带正电荷，因此在需生长金刚石薄膜 或钻石的基体上通负电，在电场的引导下，带正电 荷的碳离子就会向通负电的基体移动，最后沉淀在 基体上。 在金刚石基体上按照金刚石晶格生长出单晶钻石； 在非金刚石（Si、SiC等）基体上生长出多晶金刚 石薄膜层。CVFra bibliotek技术的分类
1.常压化学气相沉积 APCVD (Atmospheric Pressure CVD) 2.低压化学气相沉积 LPCVD (Low-pressure CVD) 3. 等离子体增强化学气相沉积PECVD ( Plasma Enhanced CVD )
CVD技术的应用
使用CVD技术可以沉积不同形式的材料 包括：单晶、多晶、非晶及磊晶材料。 这些材料包含：硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳 米线、纳米碳管、SiO2、硅碳、氮化硅、氮 氧化硅等材料。 CVD可用来合成钻石。
CVD技术举例---PECVD
PECVD是借助微波使含有薄膜组成原子的气 体电离，在局部形成等离子体，利用了等离子 体的化学活性很强的特点来促进反应，可使化 学反应能在较低的温度下进行，在基体上沉积 出所期望的薄膜。 使用PECVD可以合成钻石。相比原有的利用 高温高压的方法将碳转变为钻石的方法，生产 要求大大降低，随着技术的不断改进，将可以 批量生产出大颗粒的钻石。
2、化学气相沉积法(CVD)
特点：通过无机途径制膜，有时只需在室温 进行干燥即可，因此容易制得10层以上而无 龟裂的多层氧化物薄膜。但是用无机法制得 的薄膜与基板的附着力较差，而且很难找到 合适的能同时溶解多种氧化物的溶剂。因 此，目前采用溶胶·凝胶法制备氧化物薄膜， 仍以有机途径为主。
溶胶-凝胶制造薄膜的特点： (A)工艺设备简单，成本低。 (B)低温制备。 (C)能制备大面积、复杂形状、不同基底的膜。 (D)便于制备多组元薄膜，容易控制薄膜的成 分及结构。 (E)对基底材料几乎无选择性。 (F)以氧化物膜为主。 (G)膜致密性较差，易收缩，开裂。
过饱和度(β)定义为 β=(pA)g/(pA)s 式中，(pA)g是气体热力学平衡求出A的分压；(pA)s是 在AB固体化合物的析出温度时的平衡蒸气压。 CVD法析出的化合物形状的决定因素：反应温度、有 助于反应的不同化学物质的过饱和度、在反应温度时 的成核速率等。 为了得到优质的薄膜，必须防止在气相中由气相-气相 反应生成均相核，即应首先设定在基片表面促进成核 的条件。
(E)微波等离子体化学气相沉积(MWPECVD)
定义：利用微波能电离气体而形成等离子体，将微波 作为CVD过程能量供给形式的一种CVD 新工艺。属于 低温等离子体范围。 特点： ①在一定的条件下，它能使气体高度电离和离解， 产生很多活性等离子体。 ②它可以在很宽的气压范围内获得。 低压时：Te>>Tg，这对有机反应、表面处理等尤为 有利，人们称之为冷等离子体； 高压时：Te≈Tg，它的性质类似于直流弧，人们称 之为热等离子体。
(C)激光化学气相沉积(LCVD)
定义：用激光束照射封闭于气室内的反应气 体，诱发化学反应，生成物沉积在置于气室内 的基板上。是将激光应用于常规CVD的一种新 技术，通过激光活化而使常规CVD技术得到强 化，工作温度大大降低，在这个意义上LCVD 类似于PECVD。 LCVD 技术的优点：沉积过程中不直接加热整 块基板，可按需要进行沉积，空间选择性好， 甚至可使薄膜生成限制在基板的任意微区内； 避免杂质的迁移和来自基板的自掺杂；沉积速 度比CVD快。
CVD工艺简介
NH3在过量的情况下，HCl与NH3继续反应：HCl+ NH3 = NH4Cl
合并为：10NH3+ 3SiH2Cl2 = Si3N4 + 6H2 + 6NH4Cl
目前我们生产使用的温度是780℃，压力为375mt。
在VLSL工艺中，由于沿器件有源区方向上的场氧侵蚀和场注入杂质的横向扩散，使得LOCOS工艺受到很大的限制，场氧的横向侵蚀使LOCOS氧化层和栅氧的交界面形成类似鸟嘴的结构，随着工艺条宽的不断减少，鸟嘴的大小必须加以控制，而SI3N4与硅之间的应力很大，为了避免对硅表面的应力损伤，在硅表面与SI3N4膜之间插入一层薄的SIO2作为应力缓冲层。因此我们常用的方法是通过改变SIN与二氧的厚度比来减少鸟嘴大小，其中鸟头的高度和鸟嘴的宽度与SI3N4的厚度成反比，与应力缓冲层SIO2的厚度成正比。一般来说该比例越大，鸟嘴越小，但比例过大又影响到硅岛侧壁和表面的缺陷密度而引起漏
二、低压化学气相淀积Si3N4
LP Si3N4在工艺中主要作为局部氧化的掩蔽膜，电容的介质膜等。CMOS工艺最常用的隔离技术就是LOCOS（硅的选择氧化），它以氮化硅为掩膜实现了硅的选择氧化，在这种工艺中除了形成有源晶体管的区域外，其他所有重掺杂硅区上均生长一层厚的氧化层，该厚氧化层通常称为场氧。在工艺中我们通常使用的气体是：NH3+ DCS（SiH2Cl2）。这两种气体的反应生成的Si3N4质量高，副产物少，膜厚均匀性极佳，而且是气体源便于精确控制流量，是目前国内外普遍采用的方法。
间的距离，可以很小，那是因为这个系统是操作在表面反应速率限制的模式下。
在低压化学气相沉积法的反应器中，反应压力
cvd真空镀膜工艺流程
cvd真空镀膜工艺流程
化学气相沉积（CVD）是一种常用于真空镀膜的工艺，用于在基材表面形成薄膜。
以下是CVD真空镀膜工艺的一般流程，具体步骤可能会根据应用和材料的不同而有所变化：
基材准备：
准备基材，确保其表面干净、平整，并经过必要的清洁和处理步骤，以提高膜的附着力。
真空室抽真空：
将基材放入真空室，然后对真空室进行抽真空，以降低环境中的气体压力。
这有助于避免气体分子与反应物质发生竞争反应。
底材预处理：
在一些情况下，对底材进行预处理，可能包括加热、表面活化等步骤，以提高膜的附着性。
底材加热：
对基材进行加热，使其达到适当的温度。
底材的温度对反应速率和膜的性质有影响。
前体气体引入：
引入所需的前体气体，这是形成薄膜的原材料。
前体气体的选择根据所需的薄膜材料而变化。
反应发生：
在底材表面，前体气体发生化学反应，形成固体薄膜。
这可能涉及气体的分解、沉积或反应，具体取决于材料和反应条件。
膜生长：
经过一段时间的反应，薄膜在基材表面逐渐生长。
反应的时间和条件会影响膜的厚度和性质。
冷却和清洗：
完成反应后，停止前体气体的供应，冷却基材。
有时可能需要进行清洗步骤，以去除表面残留的杂质。
真空室回气：
允许气体重新进入真空室，准备取出镀膜好的基材。
膜质量检测：
对形成的膜进行质量检测，可能包括厚度测量、表面形貌分析等。
这只是CVD真空镀膜的一般流程，。
CVD技术
CVD技术化学气相淀积(chemicalvapordeposition)是通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程cvd技术特点：它具有沉积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖率好、适用范围广、设备简单等一系列优点cvd方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的sio2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等常见的CVD技术包括：(1)常压化学气相淀积（apcvd）；(2)低压化w气相淀积（lpcvd）；(3)等离子增强化w气相淀积（pecvd）常见的CVD薄膜包括二氧化硅（通常直接称为氧化层）、氮化硅、多晶硅难熔金属及其硅化物常压化学汽相淀积(npcvd)(normalpressurecvd)大气压化学气相沉积（APCVD/npcvd）是一种在大气压下进行化学气相沉积的方法，是化学气相沉积的最初方法。
该工艺所需系统简单，反应速度快，沉积速率可达1000a/min以上，特别适用于介质沉积，但缺点是均匀性差。
因此，APCVD通常用于厚介质沉积。
npcvd为最简单的cvd法，使用于各种领域中。
其一般装置是由(1)输送反应气体至反应炉的载气体精密装置；(2)使反应气体原料气化的反应气体气化室；(3)反应炉；(4)反应后的气体回收装置等所构成。
其中中心部分为反应炉，炉的形式可分为四个种类，这些装置中重点为如何将反应气体均匀送入，故需在反应气体的流动与基板位置上用心改进。
当为水平时，则基板倾斜；当为纵型时，着反应气体由中心吹出，且使基板夹具回转。
而汽缸型亦可同时收容多数基板且使夹具旋转。
为扩散炉型时，在基板的上游加有混和气体使成乱流的装置。
低压化学气相沉积（LPCVD）随着半导体工艺特征尺寸的减小，对薄膜的均匀性要求及膜厚的误差要求不断提高，出现了低压化学气相淀积(lpcvd)。
低压化学气相淀积是指系统工作在较低的压强下的一种化学气相淀积的方法。
CVD工艺介绍
4.6 CMP 的作用效果
Pre-CMP
During CMP
Post-CMP
The pressure of high step area is much bigger , so the remove rate is much higher , that makes surface global planarity when CMP a long time .
化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition)
化学气体或蒸气在晶圆表面产生反应，在表面上以薄膜形式产生固态的产品，其它 的副产品是挥发性的，会从表面离开.
1.2 CVD工艺的特点：
（1）CVD成膜温度远低于体材料的熔点，减轻衬底的热形变，减少玷污，抑制缺陷生成 ，减轻杂质再分布，适于浅结工艺。设备简单、重复性好。 （2）CVD膜的成分可精确控制，配比范围较大。 （3）淀积速率快，产能强。 （4）CVD膜结构致密、完整，与衬底黏附性好，台阶覆盖性能好。
P5000 BPTEOS 淀积: TEOS、O2、
TMB、TMP、NH3 清洗：C2F6 O2
辅助气体：He
APCVD 淀积: SiH4、O2、
BH3、PH3
清洗：HF (清洗皮带） 辅助气体：N2
TR6132 涂布：SOG 21F或 SOG 211 清洗：IPA（异丙醇）
辅助气体：He
P5000 PESIN 淀积: SiH4、NH3 清洗：CF4或者NF3
Step Height: IMD1 CMP Pre - Center SEM Bar
10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1
196 391 586 781 976 1171 1366 1561 1756 1951 2146
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-----CVD入门介绍
CISEMI 周华强 2012/07/25
目录
1: CVD概念和特点 2：几种CVD类型、原理及特性 3：薄膜CVD膜和扩散CVD膜的区别 4: 薄膜区其它工艺介绍 5：薄膜各种膜及各膜在IC的作用 6：薄膜常见异常
1： CVD的概念、特点
1.1 CVD的概念：
一般而言，淀积的二氧化硅同热生长二氧化硅相比，密度较低，硅与氧数量之比与热生 长SiO2也存在轻微的差别，因而薄膜的力学和电学特性也就有所不同．高温淀积或者在淀积 之后进行高温退火，都可以使CVD二氧化硅薄膜的特性接近于热生长SiO2的特性.
3.2 LPCVD和PECVD SiO2膜的区别
（1）APCVD(400℃，P=760Torr)：SiH4+O2 a. dep rate<2000A/min b. coverage:50-60%
段。
2.4 低压化学气相淀积系统
晶圆装载 门
压力计
晶圆
加热线圈
制程气体入口 温度
晶舟 中心区
均温区
至真空pump 石英管 距离
2.5 等离子增强型化学气相淀积(PECVD)
PECVD的特性：
• 相对低温，有高的淀积速率. • 较低的压力下离子有较长的平均自由路径，会提高淀积速
率
• Plasma的离子轰击能够去除表面杂质，增强黏附性 • 射频RF可以控制淀积薄膜的应力 • 反应室可用Plasma清洗.
上面讲了 PECVD和LPCVD的区别；
Any Questions
下面我进入薄膜区，来介绍 薄膜区其它工艺介绍
1：SACVD 2: SOG 3: CMP 4: WCVD
Any Questions
下面我再介绍 薄膜CVD膜和扩散CVD膜的区别 （PECVD） vs （LPCVD）
3.1 LPCVD和PECVD SiO2膜的区别
SiO2
SiO2
Si
Si
Si
热成长薄膜
裸硅片晶圆
加热成长
氧来自气相的氧 硅来自基片 薄膜成长氧进入基片 品质较高
淀积薄膜
CVD 氧和硅都来自气相 淀积在基片表面 温度较低 成长速率较高
（2）LPCVD（>600℃，<10Torr）：TEOS+O2 a. dep rate：<200A/min b. coverage:50-60%
（3）PECVD（<450℃，P=5-10Torr）：TEOS+O2 a. dep rate：%
（4）SACVD（400℃，450Torr）：TEOS+O3 a. dep rate：约1400A/min b. coverage：>90%
输送带
2.3 低压化学气相淀积法(LPCVD)
优点： • 较长的平均自由程 • 好的台阶覆盖和均匀性 • 晶圆垂直装载 • 较少粒子和提高生产力 • 和气体流量的相关性较少 • 垂直和水平的高温炉
缺点： • 温度较高，大部分高于660 ℃ • 设备昂贵 • 长膜速率慢
作为metal连线的AL， 我的熔点是660 ℃ ，高 于660 ℃ ，我要变身了 。我不喜欢高温，因此 IC制造工艺分前段和后
）从辉光放电（Plasma：等离子场）中获得激活能，激活并增强化学反应，从而实现化学气象 淀积。
等离子体中，高能电子撞击反应物气体分子，使之激活并电离，产生化学性质很活泼的 自由基团，并使衬底产生更为活泼的表面结点，从而启动并加快了低温下的化学反应。
上面讲了 三种类型CVD工艺，分别是APCVD、LPCVD 、PECVD，介绍了它们的原理及特性；
2.1 常压化学气相淀积法(APCVD)
• CVD制程发生在大气压力常压下 • APCVD 制程用在淀积二氧化硅和参硼磷的
二氧化硅 • SACVD臭氧—四乙基硅酸脂(O3-TEOS)的氧
化物制程用在CMP工艺中做抗磨层
2.2 APCVD反应器示意图
N2
制程气体
N2
晶圆
加热器
晶圆
输送带清洁装置
排气
放大
制程 反应 室 制程 反应 室 晶 圆
RF功率产生器
等离 子体
副反应物 被pump抽 走
加热板
PECVD的九大部分 ：
气源 气体供应管线 质量流量计 反应腔
加热和温度控制 系统
真空泵系统 压力控制系统 RF系统 排风
2.7 等离子增强型化学气相淀积(PECVD)
PECVD原理：材料源以气体形式进入工艺腔体内，在RF加功率的情况下，材料源（反应气体
化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition)
化学气体或蒸气在晶圆表面产生反应，在表面上以薄膜形式产生固态的产品，其它 的副产品是挥发性的，会从表面离开.
1.2 CVD工艺的特点：
（1）CVD成膜温度远低于体材料的熔点，减轻衬底的热形变，减少玷污，抑制缺陷生成 ，减轻杂质再分布，适于浅结工艺。设备简单、重复性好。 （2）CVD膜的成分可精确控制，配比范围较大。 （3）淀积速率快，产能强。 （4）CVD膜结构致密、完整，与衬底黏附性好，台阶覆盖性能好。
高温SiO2（掺杂或不 掺杂）、Si3N4、多 晶硅、W、WSi2
等离子体辅助CVD
等离子体增强 CVD(PECVD) 高密度等离子体 CVD(HDPCVD)
低温，快速淀积， 好的台阶覆盖能力， 好的间隙填充能力
要求RF系统，高成 本，压力远大于张 力，化学物质（如 H2)和颗粒沾污
高的深度比间隙的填 充，金属上的低温 SiO2,ILD-1,ILD,为 了双镶嵌结构的铜籽 晶层，钝化(Si3N4)
2：不同类型的CVD及其特性
工艺
优点
缺点
应用
APCVD（常压CVD）
反应简单， 淀积 速度快，低温
台阶覆盖能力差， 有颗粒污染,低产 出率
低温SiO2（掺杂或不 掺杂）
LPCVD（低压CVD）
高纯度和均匀性， 一致的台阶覆盖能 力，大的硅片容量
高温，低的淀积速 率，需要更多的维 护，要求真空系统 支持
什么是Plasma ？ 等离子体就是电离气体。是由电子离子原子分子和自由基等粒
子组成的集合体。 在宇宙中，99%以上物质都呈等离子体态。太阳是一个
灼热的等离子体球。其性质如下：
一种导电流体，宏观尺度内具有电中性 温度高，粒子动能大 化学性质活泼，易发生化学反应 具有发光特性，可作为光源
2.6 PECVD（P5000）结构