化學氣相沉積

化學氣相沉積（英語：chemical vapor deposition，簡稱CVD）是一種用來產生純度高、性能好的固態材料的化學技術。半導體產業使用此技術來成長薄膜。典型的CVD製程是將晶圓（基底）暴露在一種或多種不同的前趨物下，在基底表面發生化學反應或/及化學分解來產生欲沉積的薄膜。反應過程中通常也會伴隨地產生不同的副產品，但大多會隨著氣流被帶走，而不會留在反應腔（reaction chamber）中。

微製程大都使用CVD技術來沉積不同形式的材料，包括單晶、多晶、非晶及磊晶材料。這些材料有硅、碳纖維、碳奈米纖維、奈米線、奈米碳管、SiO₂、硅鍺、鎢、硅碳、氮化硅、氮氧化硅及各種不同的高介電係數（英語：High-κ dielectric）等材料。CVD製程也常用來生成合成鑽石。

化學氣相沉積的種類

一些CVD技術被廣泛地使用及在文獻中被提起。這些技術有不同的起始化學反應機制（如活化機制）及不同的製程條件。

以反應時的壓力分類
- 常壓化學氣相沉積（Atmospheric Pressure CVD，APCVD）：在常壓環境下的CVD製程。
- 低壓化學氣相沉積（Low-pressure CVD，LPCVD）：在低壓環境下的CVD製程。降低壓力可以減少不必要的氣相反應，以增加晶圓上薄膜的一致性。大部份現今的CVD製程都是使用LPCVD或UHVCVD。
- 超高真空化學氣相沉積（Ultrahigh vacuum CVD，UHVCVD：在非常低壓環境下的CVD製程。大多低於10^-6 Pa (約為10^-8 torr）。註：在其他領域，高真空和超高真空（英語：ultra-high vacuum）大都是指同樣的真空度，約10^-7 Pa。

以氣相的特性分類
- 氣溶膠輔助氣相沉積（Aerosol assisted CVD，AACVD）：使用液體/氣體的氣溶膠的前驅物成長在基底上，成長速非常快。此種技術適合使用非揮發的前驅物。
- 直接液體注入化學氣相沉積（Direct liquid injection CVD，DLICVD）：使用液體（液體或固體溶解在合適的溶液中）形式的前驅物。液相溶液被注入到蒸發腔里變成注入物。接着前驅物經由傳統的CVD技術沉積在基底上。此技術適合使用液體或固體的前驅物。此技術可達到很多的成長速率。

電漿技術（可參考電漿製程（英語：Plasma processing））
- 微波等離子體輔助化學氣相沉積（Microwave plasma-assisted CVD，MPCVD）
- 等離子體增強化學氣相沉積法（Plasma-Enhanced CVD，PECVD）：利用等離子體增加前驅物的反應速率。PECVD技術允許在低溫的環境下成長，這是半導體製造中廣泛使用PECVD的最重要原因。
- 遠距電漿增強化學氣相沉積（Remote plasma-enhanced CVD，RPECVD）：和PECVD技術很相近的技術。但晶圓不直接放在電漿放電的區域，反而放在距離電漿遠一點的地方。晶圓遠離電漿區域可以讓製程溫度降到室溫。

原子層化學氣相氣相沉積（Atomic layer CVD，ALCVD）：連續沉積不同材料的晶體薄膜層。參見原子層磊晶（原子層沉積）。

熱絲化學氣相沉積（Hot wire CVD，HWCVD）：也稱做觸媒化學氣相沉積（Catalytic CVD，Cat-CVD）或熱燈絲化學氣相沉積（Hot filament CVD，HFCVD）。使用熱絲化學分解來源氣體。^[1]

有機金屬化學氣相沉積（Metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD）：前驅物使用有機金屬的CVD技術。

混合物理化學氣相沉積（Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition，HPCVD）：一種氣相沉積技術，包含化學分解前驅氣體及蒸發固體源兩種技術。

快速熱化學氣相沉積（Rapid thermal CVD, RTCVD）：使用加熱燈或其他方法快速加熱晶圓。只對基底加熱，而不是氣體或腔壁。可以減少不必要的氣相反應，以免產生不必要的粒子。

氣相外延（Vapor phase epitaxy, VPE）

通常用於集成電路的沉積材料

本節討論通常用於集成電路的CVD工藝。不同的材料會應用於不同的環境。

多晶硅

多晶硅是從硅烷（SiH4）沉積所得到的。使用以下反應：

SiH₄ → Si + 2 H₂

這種反應通常使用低壓化學氣相沉積系統（LPCVD），使用單純的硅烷或用70-80％的氮硅烷作為原料。在溫度在600°C至650°C之間，壓力為25~150帕斯卡的條件下，沉積速度在每分鐘10至20納米之間。另一種工藝使用氫為還原劑。氫氣會降低增長速度，所以溫度提高到850甚至1050℃進行補償。多晶硅的沉積可以和摻雜同時進行。即把磷，砷或者乙硼烷加入CVD反應腔。乙硼烷的會令增長率增加，但砷化氫和磷化氫會令沉積速度減小。

二氧化硅

SiH₄+O₂ → SiO₂+2H₂

氮化硅

使用以下反應：SiH₄ + 4 N₂O → SiO₂ + 2 H₂O + 4 N₂.

金屬

通常用於高分子聚合的沉積材料

聚對二甲苯（parylene）以及其衍生物

Parylene-N的單體經過高溫爐（約攝氏600-800度）裂解後會形成自由基,而最後隨著帶入的惰性氣體沉積在低溫的表面上

大多數parylenes是鈍化薄膜或塗層。這意味著他們保護的設備可以防止水，化學品的侵害。這是一個重要的特點，然而在許多應用上都需要鍵結的其他材料在聚對二甲苯上，例如對二甲苯對二甲苯，對二甲苯表面固定催化劑或酶......。一些的反應性對二甲苯，例如:1.胺基對二甲苯（一個胺在每個重複單元，Kisco公司產品）2.一甲基胺對二甲苯（一甲基胺每個重複單元，Kisco公司產品）

一甲基胺對二甲苯比胺基對二甲苯有更大的反應性，因為它帶着更強的鹼基。當相鄰的苯環胺組，胺基，是在穩定的共振，因此變得更加酸性，相對鹼性較弱。然而[胺基對二甲苯]是更容易合成，因此它的成本較低。

參考文獻

[1]
Schropp, R.E.I.; B. Stannowski, A.M. Brockhoff, P.A.T.T. van Veenendaal and J.K. Rath. Hot wire CVD of heterogeneous and polycrystalline silicon semiconducting thin films for application in thin film transistors and solar cells (PDF). Materials Physics and Mechanics: 73–82. [2008-03-31]. （原始內容存檔 (PDF)於2020-05-13）.

外部連結

[1] [1]
Schropp, R.E.I.; B. Stannowski, A.M. Brockhoff, P.A.T.T. van Veenendaal and J.K. Rath. Hot wire CVD of heterogeneous and polycrystalline silicon semiconducting thin films for application in thin film transistors and solar cells (PDF). Materials Physics and Mechanics: 73–82. [2008-03-31]. （原始內容存檔 (PDF)於2020-05-13）.

[1]