化學氣相沉積的案例
一篇文章讀懂低壓化學氣相沉積（LPCVD）
半導體技術是人類科學技術發展至今復雜的技術之一，被譽為現代制造業皇冠上的明珠，世界上復雜的物理化學理論和精密的設備，都能在半導體行業的生產線上見到，這次我們要聊的，就是當真空遇到化學氣相沉積后所發生的美好事情。
1.薄膜的作用
薄膜是我們生活中常見的物品，一般是一種薄而軟的透明薄片。薄膜被廣泛用于電子電器，機械，印刷等行業，有著極為重要的作用。
在半導體行業中，晶圓表面活性非常高，極易受到污染，因此薄膜常用來阻擋污染物和雜質，除此以外，由于薄膜的天然特性，薄膜也常用于產生導電層或絕緣層、產生減反射膜提高吸光率、臨時阻擋刻蝕等作用。
2.半導體行業中薄膜的制備
由于半導體器件的高精度，薄膜通常使用膜淀積技術來實現。晶圓表面的淀積物會在晶圓表面形成一層連續密閉的薄膜，在半導體行業，薄膜淀積工藝是普通也重要的工藝。
在晶圓襯底上淀積薄膜有很多種技術，主要分為化學工藝和物理工藝。
化學工藝主要指化學氣相沉積，包括常壓化學氣相沉積（APCVD）、低壓化學氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強化學氣象沉積（PECVD）、高密度等離子體化學氣相沉積（HDPCVD）、電鍍等，物理工藝則主要有物理氣相沉積、蒸發和旋涂等。
展開 Ansys Fluent在化學氣相沉積（CVD）技術中的應用
作者：鄧瑞英，上海安世亞太流體工程師
本文為上海安世亞太原創內容，若要轉載請標明出處
研究背景
化學氣相沉積技術主要是利用含有薄膜元素的氣相物質在襯底表面進行化學反應生成薄膜的方法。該技術廣泛應用于生產晶體、晶體薄膜，晶須，多晶/非晶材料膜。化學氣相沉積技術在半導體工業中有著比較廣泛的應用，例如，非晶硅薄膜太陽能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強型化學氣相沉積技術（PECVD），等離子技術可以促進化學反應的發生，使得沉積過程能夠在較低的溫度下進行。
圖1 薄膜太陽能電池
研究目的
在制備薄膜太陽能電池的過程中，非晶硅表面上沉積的薄膜往往存在厚度不均勻的問題。非均勻薄膜對太陽能電池的性能產生極大的影響，因此需要深入探究非晶硅薄膜的沉積過程，解決沉積薄膜的非均勻性問題。而在晶硅薄膜的制備過程中很難通過現場實驗測量的方法獲得薄膜的生長規律、氣流流動特性、復雜的氣相和表面化學反應過程，因此需要借助CFD軟件模擬和預測非晶硅薄膜的沉積過程，獲得薄膜生長規律，從而解決薄膜的均勻性問題。
案例分析
等離子體化學氣相沉積（PECVD-- plasma-enhanced chemical vapor deposition）反應器主要由宏觀和微觀兩部分組成，如圖2、3所示。宏觀部分：反應氣體硅烷（SiH4）和氫氣（H2）進入反應器，反應器中加有電離場，反應氣體在電離的作用下形成SiH3和H。微觀部分：一部分SiH3和H經過物理吸附過程重新形成SiH4和H2。一部分SiH3經過化學吸附過程，SiH3、H吸附在帶懸掛鍵Si表面。
圖2 PECVD反應器示意圖
圖3 PECVD反應器原理圖
為減少計算量，采用反應器對稱的一半區域做計算。
展開 實例詳解 Ansys Fluent在化學氣相沉積（CVD）技術中的應用
鄧瑞英
上海安世亞太公司
化學氣相沉積技術（CVD）主要是利用含有薄膜元素的氣相物質在襯底表面進行化學反應生成薄膜的方法，該技術廣泛應用于生產晶體、晶體薄膜，晶須，多晶/非晶材料膜。化學氣相沉積技術在半導體工業中有著比較廣泛的應用，例如，非晶硅薄膜太陽能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強型化學氣相沉積技術（PECVD），等離子技術可以促進化學反應的發生，使得沉積過程能夠在較低的溫度下進行。
在制備薄膜太陽能電池的過程中，非晶硅表面上沉積的薄膜往往存在厚度不均勻的問題。非均勻薄膜對太陽能電池的性能產生極大的影響，因此需要深入探究非晶硅薄膜的沉積過程，解決沉積薄膜的非均勻性問題。而在晶硅薄膜的制備過程中很難通過現場實驗測量的方法獲得薄膜的生長規律、氣流流動特性、復雜的氣相和表面化學反應過程，因此需要借助CFD軟件模擬和預測非晶硅薄膜的沉積過程，獲得薄膜生長規律，從而解決薄膜的均勻性問題。
案例分析
等離子體化學氣相沉積（PECVD-- plasma-enhanced chemical vapor deposition）反應器主要由宏觀和微觀兩部分組成，如圖2、3所示。宏觀部分：反應氣體硅烷（SiH4）和氫氣（H2）進入反應器，反應器中加有電離場，反應氣體在電離的作用下形成SiH3和H。微觀部分：一部分SiH3和H經過物理吸附過程重新形成SiH4和H2。
展開 流量控制器在半導體加工工藝化學氣相沉積（CVD）的應用
薄膜沉積是在半導體的主要襯底材料上鍍一層膜。這層膜可以有各種各樣的材料，比如絕緣化合物二氧化硅，半導體多晶硅、金屬銅等。用來鍍膜的這個設備就叫薄膜沉積設備。薄膜制備工藝按照其成膜方法可分為兩大類：物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積（CVD），其中CVD工藝設備占比更高。
化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition 簡稱CVD) 是利用氣態或蒸汽態的物質在氣相或氣固界面上發生反應生成固態沉積物的過程。
化學氣相沉積過程分為三個重要階段：反應氣體向基體表面擴散、反應氣體吸附于基體表面、在基體表面上發生化學反應形成固態沉積物及產生的氣相副產物脫離基體表面。最常見的化學氣相沉積反應有:熱分解反應、化學合成反應和化學傳輸反應等。
在半導體CVD工藝中，通常會使用一種或多種前體氣體，這些氣體在反應室中通過化學反應產生固態薄膜材料，然后沉積在半導體晶片表面。CVD工藝可以通過熱CVD、等離子CVD、金屬有機CVD等不同的方式來實現。
其中常見的氣體包括：二氧化硅前體氣體（如二氧化硅醚、氯硅烷）、氮氣、氨氣、硅源氣體（如三甲基硅烷、三氯硅烷）、氫氣等。對于不同的前體氣體，需要能夠精確地控制其流量，以確保反應的準確性和穩定性。
比如：在典型的 MOCVD 設置中，位于單獨溶液室中的液態金屬有機前驅體根據需要進行溫和加熱，噴射或鼓泡以溶解前驅體氣體，并通過高純度載氣（通常是氮氣或氫氣）通過流量控制器輸送到 MOCVD 反應器中。受控閃蒸器。該輸送管線的溫度受到精確控制，以避免前體在引入 MOCVD 反應器之前發生冷凝或過早反應。
展開 
化學氣相沉積模擬
本案例演示利用Fluent模擬計算化學氣相沉積（CVD）過程。案例數據來自Fluent Tutorials文檔。
工程上常采用化學氣相沉積方法（chemical vapor deposition，CVD）生產半導體砷化鎵GaAs，其反應裝置示意圖如下圖所示。
工藝氣體三甲基鎵(Ga(CH3)3)和砷化氫(AsH3)通過頂部的進氣道以溫度293k進入反應器。氣體在旋轉的熱圓盤上流動，從而在圓盤上沉積薄薄的鎵和砷層。圓盤旋轉產生徑向抽運效應，迫使氣體以層流的方式流動到生長表面并向外穿過圓盤，最終從反應器中排出。
案例涉及到的化學反應：
入口氣體包含三甲基鎵（質量分數0.15)、砷化氫（質量分數0.4）以及氫氣。入口混合物速度為0.02189 m/s，圓盤旋轉速度80 rad/s。反應器頂部壁面（wall-1邊界）加熱至437 K，側壁面（wall-2）溫度維持在343 K，基座（wall-4）加熱至均勻溫度1023 K，下壁面（wall-6）溫度303 K。
1 啟動Fluent并導入網格
以3D、Double Precision方式啟動Fluent
利用菜單File → Read → Mesh…讀取網格文件surface.msh
計算網格如圖所示。
展開 天天為＂芯＂而鬧，一文看晶圓制造主要設備一覽
下面將就沉積、刻蝕、光刻這三大領域及代表公司進行詳解。
1. 沉積設備
沉積是半導體制程工藝中的一個非常重要的技術，分為物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）。
PVD是英文Physical Vapor Deposition的縮寫，中文意思是“物理氣相沉積”，是指在真空條件下，用物理的方法使材料沉積在被鍍工件上的薄膜制備技術。
PVD鍍膜技術主要分為三類，真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍和真空離子鍍膜。對應于PVD技術的三個分類，相應的真空鍍膜設備也就有真空蒸發鍍膜機、真空濺射鍍膜機和真空離子鍍膜機這三種。
CVD是英文Chemical Vapor Deposition的縮寫，中文意思為“化學氣相沉積”，是半導體工業中應用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術，其可用于沉積大范圍的絕緣材料、大多數金屬材料和金屬合金材料。從理論上來說，化學氣相沉積法時將兩種或兩種以上的氣態原材料導入到一個反應室內，然后他們相互之間發生化學反應，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。
在集成電路制成中，經常使用的CVD技術有：大氣壓化學氣相沉積（APCVD）、低氣壓化學氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）以及新型氣相外延生長技術金屬有機化合物化學氣相沉積（MOCVD）等。相應的設備也就有APCVD設備，LPCVD設備，PECVD設備以及MOCVD設備。
2. 刻蝕設備
刻蝕是采用物理或者化學的方法，通過掩膜圖形使薄膜材料選擇性銷蝕的技術，是薄膜制備的“反”過程。
刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩類。
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下面將就沉積、刻蝕、光刻這三大領域及代表公司進行詳解。
1. 沉積設備
沉積是半導體制程工藝中的一個非常重要的技術，分為物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）。
PVD是英文Physical Vapor Deposition的縮寫，中文意思是“物理氣相沉積”，是指在真空條件下，用物理的方法使材料沉積在被鍍工件上的薄膜制備技術。
PVD鍍膜技術主要分為三類，真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍和真空離子鍍膜。對應于PVD技術的三個分類，相應的真空鍍膜設備也就有真空蒸發鍍膜機、真空濺射鍍膜機和真空離子鍍膜機這三種。
CVD是英文Chemical Vapor Deposition的縮寫，中文意思為“化學氣相沉積”，是半導體工業中應用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術，其可用于沉積大范圍的絕緣材料、大多數金屬材料和金屬合金材料。從理論上來說，化學氣相沉積法時將兩種或兩種以上的氣態原材料導入到一個反應室內，然后他們相互之間發生化學反應，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。
在集成電路制成中，經常使用的CVD技術有：大氣壓化學氣相沉積（APCVD）、低氣壓化學氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）以及新型氣相外延生長技術金屬有機化合物化學氣相沉積（MOCVD）等。相應的設備也就有APCVD設備，LPCVD設備，PECVD設備以及MOCVD設備。
2. 刻蝕設備
刻蝕是采用物理或者化學的方法，通過掩膜圖形使薄膜材料選擇性銷蝕的技術，是薄膜制備的“反”過程。
刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩類。
展開 中南大學：泡沫金剛石領域兩項突破性進展！
自主研制的“化學氣相沉積設備及其配套技術”4項專利技術、“化學氣相沉積金剛石涂層刀具和模具系列產品及其工業化生產技術”5項專利技術和“廢水處理用硼摻雜金剛石電極及其工業化生產技術”3項專利技術先后完成了技術孵化，成為目前國內唯一一家可實現硼摻雜金剛石電極大面積、規模化制備的科研單位，相關裝置和產品已開展規模化生產和市場推廣。（來源：中南大學）
【杜巴在線知識小講座】石墨烯如何生產？淺析?石墨烯生產方法
石墨烯的生產制備方法有機械剝離法、化學氣相沉積法（CVD）、氧化-還原法、溶劑剝離法、溶劑熱法、高溫還原、光照還原、外延晶體生長法、微波法、電弧法、電化學法等。前四種最為常用，下面進一步介紹這四種石墨烯生產方法。
機械剝離法
當年Geim研究組就是利用3M的膠帶手工制備出了石墨烯的，但是這種方法產率極低而且得到的石墨烯尺寸很小，該方法顯然并不具備工業化生產的可能性。
化學氣相沉積法（CVD）
化學氣相沉積法主要用于制備石墨烯薄膜，高溫下甲烷等氣體在金屬襯底（Cu箔）表面催化裂解沉積然后形成石墨烯。CVD法的優點在于可以生長大面積、高質量、均勻性好的石墨烯薄膜，但缺點是成本高工藝復雜存在轉移的難題，而且生長出來的一般都是多晶。
氧化-還原法
氧化-還原法是指將天然石墨與強酸和強氧化性物質反應生成氧化石墨（GO），經過超聲分散制備成氧化石墨烯，然后加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團后得到石墨烯。氧化-還原法制備成本較低容易實現，成為生產石墨烯的最主流方法。但是該方法所產生的廢液對環境污染比較嚴重，所制備的石墨烯一般都是多層石墨烯或者石墨微晶而非嚴格意義上的石墨烯，并且產品存在缺陷而導致石墨烯部分電學和力學性能損失。
溶劑剝離法
溶劑剝離法的原理是將少量的石墨分散于溶劑中形成低濃度的分散液，利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力，溶劑插入石墨層間，進行層層剝離而制備出石墨烯。此方法不會像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結構，可以制備高質量的石墨烯。缺點是成本較高并且產率很低，工業化生產比較困難。
石墨烯的生產會越來越好
目前市場上好多廠家生產的石墨烯，石墨片層數目不等，表面存在大量的缺陷和官能團，無論是導電性、導熱性還是機械性都跟獲得諾貝爾獎的石墨烯是兩回事。
展開 聚焦 | 國產薄膜沉積設備龍頭的新突破
薄膜沉積設備芯片制造的關鍵設備之一
芯片制造工藝包括光刻，刻蝕，薄膜沉積，清洗，退火，CMP，離子注入等數十道工藝。其中光刻，刻蝕，和薄膜沉積是最核心的三種工藝。
許多薄膜的特性與晶粒尺寸密切相關。膜硬度，電導率和膜應力演化等均與晶粒尺寸相關，工藝難度非常大。因此薄膜沉積是最核心的工藝之一。
而薄膜工藝從實現原理包括，物理氣相沉積（PVD），化學氣相沉積（CVD），熱氧化法等，甚至45nm制程以下還需要用到更先進的原子層沉積（ALD）設備。
沉積對象包括，各類阻擋層，介質層，各種金屬薄膜等，技術難度非常大。
其中PECVD設備常用來沉積二氧化硅，氮化硅等其他氧化物在內的介質層薄膜，這是芯片制造中最關鍵的幾個步奏。
展開 Nano Lett.：通過六方氮化硼隧穿觸頭介導的2D異質結構中的本征輸運
【引言】
最近，過渡金屬二硫族化合物由于它們在空間上受限時的獨特性質而進入材料研究的前沿，當這些范德華材料通過化學氣相沉積實現單層極限時，從塊體中機械剝離，它們表現出與其大量對應物基本上不同的現象。這些包括間接到直接的帶隙轉換。此外，二維材料可堆疊或縫合在一起形成范德華異質結構，為下一代光電子技術構建了創新設備。
【成果簡介】
近日，來自美國西北大學的Vinayak P. Dravid（通訊作者）的團隊在 Nano Lett.發表了題為Intrinsic Transport in 2D Heterostructures Mediated through h-BN Tunneling Contacts的文章，應用六方氮化硼（h-BN）隧道接觸方案來探測通過化學氣相沉積生長的橫向TMD異質結的特征。首先通過掃描光電流顯微鏡來測量穿過連接點的電子特性，然后闡明光電子產生機制。這項工作是第一次將這種封裝方案應用于橫向異質結構，并作為未來電子材料測量的參考。同時它也是一個框架，可以更準確地評估2D異質結構的電子傳輸特性，并更好地為未來的器件架構提供信息。
【圖文導讀】
圖1：MoS2 / WS2橫向異質結構
a: 固定費米能級在界面處導致肖特基勢壘的示意圖；
b: 通過六方氮化硼隧道層啟用的歐姆接觸的示意圖；
c: MoS2/ WS2橫向異質結構的原子模型；
d: 化學氣相沉積裝置的示意圖；
e: 封裝異質結器件的示意圖。
圖2 ：MoS2 / WS2橫向異質結構的表征
a: 橫向異質結構的拉曼圖；
b: 來自單個材料的拉曼光譜；
c: 光致發光圖；
d: 單個材料的光致發光光譜
e: 橫向異質結構的原子力顯微鏡圖；
f: 部分e中白色虛線上的原子力顯微鏡高度剖面圖；
g: 橫向異質結構的二次離子質譜（SIMS）圖譜。
展開 
新研究有助于改善二維材料性能
導讀
近日，美國賓夕法尼亞州立大學團隊首次探索出新方法，改善了化學氣相沉積法合成的二維材料的性能。此外，該校另一個團隊使用摻雜工藝，將外來的錸原子摻雜到二硫化鉬薄膜晶格中，改善其性能。這兩項研究將有利于二維材料在電子、光子和存儲等領域的應用。
背景
2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃消洛夫（Konstantin Novoselov）成功分離出一種由單層碳原子組成的蜂窩狀結構材料——石墨烯（graphene）。
（圖片來源：Tatiana Shepeleva/Shutterstock）
伴隨著石墨烯的發現，二維材料的概念也隨即被提出。二維材料是指電子僅可在兩個維度的非納米尺度（1-100nm）上自由運動（平面運動）的材料，如納米薄膜、超晶格、量子阱。典型的二維材料包括：石墨烯、氮化硼、過渡族金屬化合物（二硫化鉬、二硫化鎢、二硒化鎢）、黑磷等。
時下，二維材料已成為熱門的前沿科技領域之一。二維材料通常是由一層或者幾層原子組成薄膜，因此非常輕薄，并具有十分優異的電氣、機械、熱學、光學特性。
如今，二維材料已經廣泛應用于各個領域，例如：自旋電子、印刷電子、柔性電子、微電子、存儲器、處理器、超透鏡、太赫茲、超級電容、太陽能電池、防偽標簽、量子點、傳感器、半導體制造、NFC、醫療等。
微機械剝離法（即從大塊的材料上剝離出一薄層
）和化學氣相沉積法（將氣體前體冷凝到襯底上）是制造二維材料兩種常用方法。前一種方法可以提供更高質量的材料，但是對于制造設備來說不實用；后一種方法可以很好地應用于工業領域，但是產出的二維材料薄膜性能較低。
創新
為什么化學氣相沉積法合成的二維材料的性能，會比理論預測的差幾個數量級？近日，美國賓夕法尼亞州立大學的團隊首次給出了新的理解。
展開 【專業積累】史上最全的金屬表面處理工藝匯總，絕對的干貨！
一般分為機械拋光和化學拋光。
化學表面熱處理最主要的兩種方式就是滲碳和滲氮。
三、表面轉化膜技術
1、發黑與磷化
陽極氧化前要經過拋光、除油、清洗等預處理,其后要進行沖洗、著色和封閉等處理。
應用:常用于汽車、飛機的某些特殊部件的防護處理以及工藝品和日用五金制品的裝飾性處理。
四、表面覆膜技術
1、熱噴涂
熱噴涂是將金屬或非金屬材料加熱熔化,靠壓縮氣體連續吹噴到制件表面上,形成與基體牢固結合的涂層,從制件表層獲得所需要的物理化學性能。
真空濺射鍍原理
按照工藝不同,真空鍍可以分為真空蒸鍍、真空濺射鍍、真空離子鍍。
3、電鍍
電鍍是一種電化學和氧化還原的過程。以鍍鎳為例:將金屬制件浸在金屬鹽(NiSO4)的溶液中作為陰極,金屬鎳板作為陽極,接通直流電源后再制件上就會沉積出金屬鍍鎳層。
電鍍方法分為普通電鍍和特種電鍍。
化學氣相沉積（CVD）
化學氣相沉積是指在一定溫度下，混合氣體與基體表面相互作用而在基體表面形成金屬或化合物薄膜的方法。
由于化學氣相沉積膜層具有良好的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及電學、光學等特殊性能，已被廣泛用于機械制造、航空航天、交通運輸、煤化工等工業領域。
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展開 半導體設備系列：薄膜生長設備，國產突破可期
CVD：用于沉積介質絕緣層、半導體材料、金屬薄膜。
典型的 CVD 流程包括氣體輸入、氣體對流、氣象擴散、表面吸附、表面反應、表面脫附及薄膜成核生長。
（1）微米時代，化學氣相沉積多采用常壓化學氣相沉積（APCVD）設備，結構簡單。
（2）亞微米時代，低壓化學氣相沉積（LPCVD）成為主流，提升薄膜均勻性、溝槽覆蓋 填充能力。
（3）90nm 以后，等離子增強化學氣相沉積（PECVD）扮演重要角色，等離子體作用下，降低反應溫度，提升薄膜純度，加強薄膜密度。
（4）45nm 以后，高介電材料（High k）和金屬柵（Metal Gate），引入原子層沉積（ALD）設備，膜層達到納米級別。——
（a）高介電材料（High k）替代SiO2，用于制備MOS器件的柵介質層，需要引入ALD。
展開 一組圖看懂金屬表面處理工藝
四、表面覆層強化
表面覆層強化
表面覆層強化是通過物理或化學的方法在金屬表面涂覆一層或多層其他金屬或非金屬的表面強化工藝。
目的：提高鋼件的耐磨性、耐蝕性、耐熱性或進行表面裝飾。
金屬噴涂技術
將金屬粉末加熱至熔化或半熔化狀態，用高壓氣流使其霧化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱為熱噴涂。
利用熱噴涂技術可改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及絕緣性等。
廣泛用于包括航空航天、原子能、電子等尖端技術在內的幾乎所有領域。
金屬鍍層
在基體材料的表面覆上一層或多層金屬鍍層，可以顯著改善其耐磨性、耐蝕性和耐熱性，或獲得其他特殊性能。有電鍍、化學鍍、復合鍍、滲鍍、熱浸鍍、真空蒸鍍、噴鍍、離子鍍、濺射等方法。
金屬碳化物覆層～氣相沉積法
氣相沉積技術是指將含有沉積元素的氣相物質，通過物理或化學的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技術。
根據沉積過程的原理不同，氣相沉積技術可分為物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)兩大類。
物理氣相沉積（PVD）
物理氣相沉積是指在真空條件下，用物理的方法，使材料汽化成原子、分子或電離成離子，并通過氣相過程，在材料表面沉積一層薄膜的技術。
物理沉積技術主要包括真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍三種基本方法。
物理氣相沉積具有適用的基體材料和膜層材料廣泛；工藝簡單、省材料、無污染；獲得的膜層膜基附著力強、膜層厚度均勻、致密、針孔少等優點。
廣泛用于機械、航空航天、電子、光學和輕工業等領域制備耐磨、耐蝕、耐熱、導電、絕緣、光學、磁性、壓電、滑潤、超導等薄膜。
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