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半导体气相外延

一．气相外延的作用

〔1〕.提高硅材料的完善性

〔2〕.提高集成度

〔3〕.提高少子的寿命，削减储存单元的漏电流

提高电路的速度

转变电路的功率特性以及频率特性

解决CMOS电路的锁定

实现各种材质的多种薄膜外延二．气相外延的分类

1.化学气相外延

化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简洁的：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反响室内，然后他们相互之间发生化学反响，形成一种的材料，沉积到晶片外表上。淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反响形成的。

然而，实际上，反响室中的反响是很简单的，有很多必需考虑的因素，沉积参数的变化范围是很宽的：反响室内的压力、晶片的温度、气体的流淌速率、气体通过晶片的路程(如下图)、气体的化学成份、一种气体相对于另一种气体的比率、反响的中间产品起的作用、以及

是否需要其它反响室外的外部能量来源加速或诱发想得到的反响等。额外能量来源诸如等离子体能量，固然会产生一整套变数，如离子与中性气流的比率，离子能和晶片上的射频偏压等。

然后，考虑沉积薄膜中的变数：如在整个晶片内厚度的均匀性和在图形上的掩盖特性(后者指跨图形台阶的掩盖)，薄膜的化学配比(化学成份和分布状态)，结晶晶向和缺陷密度等。固然，沉积速率也是一个重要的因素，由于它打算着反响室的产出量，高的沉积速率常常要和薄膜的高质量折中考虑。反响生成的膜不仅会沉积在晶片上，也会沉积在反响室的其他部件上，对反响室进展清洗的次数和彻底程度也是很重要的。

化学家和物理学家花了很多时间来考虑怎样才能得到高质量的沉积薄膜。他们已得到的结论认为：在晶片外表的化学反响首先应是形成“成核点”，然后从这些“成核点”处生长得到薄膜，这样淀积出来的薄膜质量较好。另一种结论认为，在反响室内的某处形成反响的中间产物，这一中间产物滴落在晶片上后再从这一中间产物上淀积成薄膜，这种薄膜常常是一种劣质薄膜。

CVD技术常常通过反响类型或者压力来分类，包括低压CVD(LPCVD)，常压CVD(APCVD)，亚常压CVD(SACVD)，超高真空CVD(UHCVD)，等离子体增加CVD(PECVD)，高密度等离子体CVD(HDPCVD)以及快热CVD(RTCVD)。然后，还有金属有机物CVD(MOCVD)，依据金属源的自特性来保证它的分类，这些金属的典型状态是液态，在导入容器之前必需先将它气化。不过，简洁引起混淆的是，有些人会把MOCVD认为

是有机金属CVD(OMCVD)。

过去，对LPCVD和APCVD最常使用的反响室是一个简洁的管式炉构造，即使在今日，管式炉也还被广泛地应用于沉积诸如Si3N4和二氧化硅之类的根底薄膜(氧气中有硅元素存在将会最终形成为高质量的SiO2，但这会大量消耗硅元素；通过硅烷和氧气反响也可能沉积出SiO2-两种方法均可以在管式炉中进展)。

而且，最近，单片淀积工艺推动并导致产生了的CVD反响室构造。这些的构造中绝大多数都使用了等离子体，其中一局部是为了加快反响过程，也有一些系统外加一个按钮，以掌握淀积膜的质量。在PECVD和HDPCVD系统中有些方面还特别令人感兴趣是通过调整能量，偏压以及其它参数，可以同时有沉积和蚀刻反响的功能。通过调整淀积：蚀刻比率，有可能得到一个很好的缝隙填充工艺。

对很多金属和金属合金一个好玩的争论就是，他们是通过物理气相沉积(PVD)还是通过化学气相沉积(CVD)能得到最好的沉积效果。尽管CVD比PVD有更好的台阶掩盖特性，但目前诸如铜的子晶层和钽氮集中层薄膜都是通过PVD来沉积的，由于现有的大量装置都是基于PVD系统的，工程技术人员对PVD方法也有较高的娴熟程度。一些人建议，既然台阶掩盖特性越来越重要(尤其是在通孔边墙掩盖)，CVD方法将成为必不行少的技术。相像的争论也存在于产生低k值介质材料方面：是使用CVD方法好还是承受旋涂工艺好？

在化学气相沉积中，打算晶圆间薄膜均匀性的重要参数之一是晶圆间的气体是如何流淌的。

气相法是直接利用气体，或者通过各种手段将物质转变为气体，使之在气体状态下发生物理变化或者化学反响，最终在冷却过程中分散长大形成纳米粒子的方法。用该法可制备纯度高、颗粒分散性好、粒径分布窄、粒径小的纳米陶瓷粉体。气相法又可分为气体中蒸发法、化学气相反响法、溅射源法、流淌油面上真空沉积法和金属蒸汽合成法。沉淀法又分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法等，都是利用生成沉淀的液相反响来制取。共沉淀法可在制备过程中完成反响及掺杂过程，因此较多地应用于电子陶瓷的制备。BaTiO3是一种重要的电子陶瓷材料，具有高介电常数和优异的