基本介紹
- 中文名：薄膜生長技術
- 外文名：Thin film growth technology
- 領域：半導體
- 方法：物理方法和化學方法
- 目的：提高薄膜質量和減少能耗
- 常見技術：物理氣相沉積和化學氣相沉積
簡介,熱氧化,物理氣相沉積,化學氣相沉積,
簡介
積體電路在製造過程中需要在晶圓片的表面上生長數層材質不同、厚度不同的膜層，其中有導電膜層以及絕緣膜層，這些膜層的製備對於積體電路的製造非常重要。薄膜生長技術，也可稱作製作膜層的方法，薄膜生長技術有很多，不同作用，不同位置的薄膜生長技術不同，如熱氧化、化學氣相沉積和物理氣相沉積。
熱氧化
凡是物質與氧發生化學反應生成氧化物的方法都是氧化法，二氧化矽的生長方法有很多，如熱氧化、熱分解沉澱、蒸發等。由於熱氧法的氧化反應發生在矽—二氧化矽交界面，接觸到的雜質少，生成的二氧化矽氧化膜質量較高，因此在積體電路中通常使用熱氧法生成氧化膜。熱氧化法是指晶圓片與含氧物質（氧、水等）在高溫下進行反應生成二氧化矽膜的方法。根據氧化劑的不同，熱氧化法主要分為乾氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化法三種，其中乾氧氧化和濕氧氧化是最常用的方法。乾氧氧化法採用純氧作為氧化劑，生長的氧化膜表面乾燥、結構緻密、光刻時與光刻膠接觸良好，但氧化速度慢。濕氧氧化法的氧化劑是高純水的氧氣，既含有氧，又含有水汽，氧化速度較快，但生成的氧化膜質量不如乾氧氧化法。在實際生成過程中，通常採用乾-濕乾相結合的氧化方式。
物理氣相沉積
物理氣相沉積（Physical vapor deposition，PVD）是一種工業製造上的工藝，是主要利用物理過程來沉積薄膜的技術，即真空鍍膜（蒸鍍），多用在鈑金件、蝕刻件、擠壓件、金屬射出成型（MIM）、粉末射出成型（PIM）、機加件和焊接件等零件的工藝上。
和化學氣相沉積相比，物理氣相沉積適用範圍廣泛，幾乎所有材料的薄膜都可以用物理氣相沉積來製備，但是薄膜厚度的均勻性是物理氣相沉積中的一個問題。主要的物理氣相沉積的方法有：熱蒸鍍、濺鍍、和脈衝雷射沉積等。濺射（sputtering），也稱濺鍍（sputter deposition/coating），是一種物理氣相沉積技術，指固體靶"target"（或源"source"）中的原子被高能量離子（通常來自電漿）撞擊而離開固體進入氣體的物理過程。濺射一般是在充有惰性氣體的真空系統中，通過高壓電場的作用，使得氬氣電離，產生氬離子流，轟擊靶陰極，被濺出的靶材料原子或分子沉澱積累在半導體晶片或玻璃、陶瓷上而形成薄膜。
脈衝雷射沉積（Pulsed Laser Deposition，PLD），也被稱為脈衝雷射燒蝕（英語：pulsed laser abalation，PLA）為物理氣相沉積(英語：Physical Vapor Deposition，PVD)的一種 , 是一種利用聚焦後的高功率脈衝雷射於真空腔體中對靶材進行轟擊，由於雷射能量強，會將靶材汽化形成等離子蕈狀團(plasma plume)，並沉澱於基板上形成薄膜。
於鍍膜可於高真空、超高真空或通入工作氣體(如欲沉積氧化物薄膜，通常會通入氧氣作為其工作氣體)的環境下進行。
於脈衝雷射沉積的過程中，雷射的能量被靶材吸收之後，能量首先激發靶材內部的電子躍遷，之後再轉成熱能等使靶材汽化形成等離子態，於等離子云中，包含分子、原子、電子、離子、微粒、融球體等物質。
化學氣相沉積
化學氣相沉積（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工藝是將晶圓（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、非晶及外延材料。這些材料有矽、碳纖維、碳奈米纖維、奈米線、奈米碳管、SiO2、矽鍺、鎢、矽碳、氮化矽、氮氧化矽及各種不同的high-k介質等材料。CVD製程也常用來生成合成鑽石。
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工藝。
低壓化學氣相沉積（Low-pressure CVD，LPCVD）：在低壓環境下的CVD工藝。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。大部分現今的CVD工藝都是使用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工藝。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。接著前驅物經由傳統的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。
