化学蒸着（CVD）は、加熱された基板の表面で熱的または電気的に誘発された化学反応を使用するコーティングプロセスであり、試薬はガス状で供給されます。 CVDは、通常は真空下で、高品質、高性能、固体材料を製造するために使用される堆積方法です。 薄膜またはコーティングは、活性化された（熱、光、プラズマ）環境でのガス状反応物の解離または化学反応によって生成されます。
エピタキシーとは、& quot;上& quot;を意味します。 または& quot;"に割り当てられ、別のレイヤーの上にレイヤーが作成され、その結晶構造を継承するプロセスを表します。 堆積された層が基板と同じ材料である場合、ホモエピタキシーについて話し、それが&＃39;別の材料である場合、それは&＃39;いわゆるヘテロエピタキシーである。 ホモエピタキシーで最も重要なプロセスはシリコンへのシリコンの堆積ですが、ヘテロエピタキシーでは通常、シリコン層が酸化物などの絶縁体（Silicon On Insulator：SOI）に堆積されます。化学蒸着（CVD）は、熱を使用するコーティングプロセスです。または、加熱された基板の表面で電気的に誘発された化学反応。試薬はガス状で供給されます。 CVDは、通常は真空下で、高品質、高性能、固体材料を製造するために使用される堆積方法です。 薄膜またはコーティングは、活性化された（熱、光、プラズマ）環境でのガス状反応物の解離または化学反応によって生成されます。
ホモエピタキシー
プロセスに応じて、ウェーハはエピタキシャル層を備えたウェーハメーカーから配送される場合があります（たとえば、CMOSテクノロジの場合）。または、チップメーカーが自分で作成する必要があります（たとえば、バイポーラテクノロジの場合）。
エピタクチック層を生成するためのガスとして、純粋な水素がシラン（SiH4）、ジクロロシラン（SiH2Cl2）または四塩化ケイ素（SiCl4）。 約1000°Cで、ガスはシリコンを切断し、シリコンはウェーハ表面に堆積します。 シリコンは基板の構造を継承し、エネルギー上の理由から、層ごとに連続して成長しています。 多結晶シリコンを成長させないためには、常にシリコン原子の不足を克服する必要があります。たとえば、材料が実際に成長する可能性があるため、利用できるシリコンは常にわずかに少なくなります。 四塩化ケイ素を使用する場合、反応は2つのステップで進行します。
SiCl4+ H2→SiCl2+2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
基板&＃39;の向きを継承するには、表面が完全に透明である必要があります。 したがって、平衡反応を利用することができます。 両方の反応は、ガスの比率に応じて、反対方向に発生する可能性があります。 原料シリコンを精製するためのトリクロロシランプロセスのように、大気中に水素がほとんどない場合、塩素濃度が高いため、材料がシリコンウェーハ表面から除去されます。 水素の濃度を上げることによってのみ、成長が達成されます。
SiClを使用4堆積速度は毎分約1〜2ミクロンです。 単結晶シリコンは裸の表面でのみ成長するため、シリコンが多結晶シリコンとして成長する特定の領域を酸化物でマスクすることができます。 ただし、このポリシリコンは、逆方向の反応により、単結晶シリコンに比べて非常に簡単にエッチングされます。 ジボラン（B2H6）またはホスフィン（PH3）はプロセスガスに添加され、ドープされた層を作成します。これは、ドーピングガスが高温で分解し、ドーパントが結晶格子に組み込まれるためです。
ホームエピタクティックレイヤーを作成するプロセスは、真空雰囲気下で実現されます。 そのため、プロセスチャンバーを1200°Cに加熱して、シリコン表面に常に存在する自然酸化物を除去します。 上記のように、水素濃度が低いため、シリコン表面にバックエッチングが発生します。 これは、実際のプロセスが開始する前に表面をクリーニングするために使用できます。 この洗浄後にガス濃度が変化すると、堆積が始まります。
エピタクティックプロセス用のバレルリアクターの図
プロセス温度が高いため&＃39;基板内のドーパントの拡散、または以前のプロセスで使用されていた不純物が基板に移動する可能性があります。 SiHの場合2Cl2またはSiH4そこで使用されている&＃39;このような高温は必要ないため、これらのガスが主に使用されます。 表面を洗浄するためのエッチングバックプロセスを実現するには、HClを個別に追加する必要があります。 このシランの欠点は、堆積直前に大気中で細菌を形成するため、層の品質がSiClの場合ほど良くないことです。4.
&＃39;基板から直接作成できないレイヤーが必要になることがよくあります。 窒化ケイ素または酸窒化ケイ素の層を堆積するには、必要なすべての成分を含むガスを使用する必要があります。 ガスは熱エネルギーによって分解されます。 その&＃39;は化学気相成長法の原理です：CVD。 ウェーハ表面は&＃39;ガスと反応しませんが、最下層として機能します。 プロセスパラメータ（圧力、温度）に応じて、CVD法は、密度と被覆率が異なる層を持つさまざまな方法に分けることができます。 水平面での成長が垂直面と同じくらい高い場合、堆積は順応します。
適合性Kは、垂直方向と水平方向の成長の比率です。K = Rv/Rh。 堆積が理想的でない場合、適合性は1未満です（例：Rv/Rh= 1/2 → K = 0.5）。 高い適合性は、高いプロセス温度によってのみ達成できます。
想像できるプロファイル
APCVDは、ドープおよび非ドープ酸化物の堆積に使用される常圧（大気圧）でのCVD法です。 堆積した酸化物は密度が低く、温度が比較的低いため、被覆率は中程度です。 ツールが改善されたため、APCVDはルネッサンスを迎えます。 高いウェーハスループットは、このプロセスの大きな利点です。
プロセスガスとしてシランSiH4（窒素Nで高度に希釈2）および酸素O2使用されています。 ガスは約400°Cで熱分解され、互いに反応して目的の膜を形成します。
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105°Pa）
オゾンOを追加3蓄積された粒子の移動性が向上するため、適合性が向上します。 酸化物は多孔質で電気的に不安定であり、高温プロセスによって高密度化することができます。
追加の層の堆積を困難にする可能性のあるエッジを回避するために、中間層にはケイ酸リンガラス（PSG）が使用されます。 そのため、ホスフィンがSiHに追加されます4とO2、堆積した酸化物が4〜8％のリンを含むように。 リンの量が多いと流動性が大幅に向上しますが、リン酸が生成されてアルミニウム（導体経路）が腐食する可能性があります。
アニーリングは初期のプロセス（ドーピングなど）に影響を与えるため、長い炉プロセスでのアニーリングの代わりに、強力なアルゴンランプ（数百kW、10秒未満、T=1100°C）で短時間の焼き戻しのみが行われます。
PSGに類似したホウ素を同時に加えることができます（ホウ素ケイ酸リンガラス、BPSG、4％Bおよび4％P）。
水平APCVDリアクターの図
LPCVDでは真空が使用されます。 窒化ケイ素の薄膜（Si3N4）、酸窒化ケイ素（SiON）、SiO2タングステン（W）を作成できます。 LPCVDプロセスは、ほぼ1の高い適合性を可能にします。これは、10〜100Pa（大気圧= 100.000Pa）の低圧のため、粒子の不均一な動きにつながります。 粒子は衝突により拡散し、水平面だけでなく垂直面も覆います。 適合性は900°Cまでの高温によってサポートされます。 APCVDと比較して、密度と安定性は非常に高いです。
Siの反応3N4、SiON、SiO2とタングステンは次のとおりです。
a）Si3N4（850°C）：4NH3+3SiH2Cl2→Si3N4+6HCl+6H2
b）SiON（900°C）：NH3+ SiH2Cl2+ N2O→Si3N4+ Nebenprodukte
c）SiO2（700°C）：SiO4C8H20→SiO2+ Nebenprodukte
d）Wolfram（400°C）：WF6+ 3H2→W+6HF
Siに使用されるガス状前駆体とは対照的に3N4、SiONおよびタングステン、液体テトラエチルオルトシリケートはSiOに使用されます2。 それに加えて、DTBS（SiH2C8H20）またはテトラメチルシクロテトラシロキサン（TMTCS、Si4O4C4H16).
タングステン膜は裸のシリコン上にのみ製造できます。 したがって、シリコン基板がない場合はシランを添加する必要があります。
TEOSフィルム用のLPCVDリアクターの図
PECVDは250〜350°Cで行われます。 低温のため、プロセスガスを熱分解することはできません。 高周波電圧では、ガスはプラズマ状態に変換されます。 プラズマはエネルギーがあり、表面に配置されます。 アルミニウムなどのメタライゼーションは高温にさらされないため、SiOにはPECVDが使用されます2およびSi3N4金属層の上への堆積。 SiH2Cl2シランの代わりに、低温で分解するため使用されます。 適合性はLPCVD（0.6〜0.8）ほど良くはありませんが、堆積速度ははるかに高くなります（0.5ミクロン/分）。
PECVDリアクターの図
原子層堆積（ALD）は、薄膜を製造するための修正されたCVDプロセスです。 このプロセスでは、プロセスチャンバーに交互に導かれるいくつかのガスを使用します。 各ガスは、現在の表面が飽和するように反応するため、反応が停止します。 代替ガスは、同じ方法でこの表面と反応することができます。 これらのガスの反応の間に、チャンバーは窒素やアルゴンなどの不活性ガスでパージされます。 単純なALDプロセスは次のようになります。
最初のガスとの表面での自己制限反応
不活性ガスによるパージ
2番目のガスとの表面での自己制限反応
不活性ガスによるパージ
ALDプロセスの具体例は、酸化アルミニウムの堆積です。これは、トリメチルアルミニウム（TMA、C3H9Al）と水（H2O).
最初のステップは、ウェーハ表面で酸素に結合している水素原子を除去することです。 メチル基（CH3）のTMAは水素と反応して、メタン（CH4）。 残りの分子は不飽和酸素と結合します。
これらの原子が飽和している場合、TMA分子は表面で反応できなくなります。
チャンバーはパージされ、その後の水蒸気がチャンバーに導かれます。 Hのこれまでに1つの水素原子2O分子は、以前に堆積した表面原子と反応してメタンを形成し、ヒドロキシルアニオンはアルミニウム原子に結合します。
したがって、最初のように後のステップでTMAと反応できる新しい水素原子が表面にあります。
原子層堆積は、他の堆積技術に比べて大きな利点を提供するため、&＃39;薄膜を製造するための非常に重要なプロセスです。 ALDを使用すると、3次元構造でも非常に均一に堆積できます。 絶縁フィルムは、異なる基板（半導体、ポリマーなど）上に作成できる導電性フィルムと同様に可能です。 膜厚はサイクル数で非常に正確に制御できます。 反応性ガスは同時にチャンバーに導かれないため、実際の堆積の直前に細菌を形成することはできません。 したがって、フィルムの品質は非常に高いです。
