低压化学气相沉积设备是化学气相沉积的一种变体,在特定领域发挥重要作用。设备启动后,先将反应腔室抽至低压状态,一般压力范围在 1 - 1000Pa。相较于常压 CVD,低压环境能减少气体分子间的碰撞,使得反应物分子更易均匀扩散至基片表面,有利于提高薄膜的均匀性。
接着,气态前驱体被引入低压的反应腔室。前驱体气体在加热的基片表面,因温度诱导发生化学反应。例如,在半导体制造中,常利用硅烷在 LPCVD 设备里分解沉积多晶硅薄膜。反应时,硅烷气体分解出硅原子,在基片表面沉积,同时产生氢气等副产物。
随着反应进行,硅原子不断堆积,薄膜逐渐生长。在此过程中,需要精准调控反应温度、气体流量以及反应时间。合适的温度确保前驱体有效分解与反应,稳定的气体流量维持反应的持续性,而反应时间直接决定薄膜的最终厚度。由于 LPCVD 设备能在较低压力下制备出高质量、均匀性佳的薄膜,在集成电路制造中,常被用于沉积二氧化硅、氮化硅等介质薄膜,以及多晶硅等半导体薄膜 。
来源:厦门毅睿科技
等离子体增强化学气相沉积设备借助等离子体来促进化学反应,实现薄膜沉积。设备开启后,首先将反应腔室抽真空,营造一个低气压环境,通常气压在 1 - 100Pa。接着,通入包含目标薄膜元素的气态前驱体,如制备氮化硅薄膜时,会通入硅烷和氨气。
此时,向反应腔室内施加射频电场,使腔室内的气体电离形成等离子体。等离子体中富含高活性的离子、电子和自由基等粒子,极大地降低了化学反应所需的活化能,使得原本需要在高温下才能进行的反应,能在相对低温(一般小于 450℃)环境下高效发生。在等离子体的作用下,气态前驱体分解,活性原子或分子在基片表面吸附、反应并沉积,逐渐形成薄膜。
期间,反应产生的副产物同样会被及时排出腔室。PECVD 设备的优势在于低温沉积,这不仅节省能源,还能减少对热敏感基片材料的损伤,同时降低了高温导致的材料内部缺陷。该设备在太阳能电池制造中用于沉积减反射膜、钝化膜,以及在集成电路制造中沉积绝缘介质薄膜等方面应用广泛,通过精确调控射频功率、气体流量、气压等参数,可制备出满足不同需求的高质量薄膜 。
溅射沉积设备作为物理气相沉积的重要类型,其工艺流程别具特点。设备启动后,首先营造一个高真空环境,将反应腔室内的气压降低至 10⁻⁴ - 10⁻⁶Pa 量级。随后,向腔室内通入少量惰性气体,一般为氩气,使腔室内气压维持在 1 - 10Pa。
接着,在靶材(待镀材料制成)与基片之间施加直流电压或射频电压,形成电场。氩气在电场作用下被电离,产生等离子体,其中的氩离子在电场加速下,高速撞击靶材表面。靶材原子因受到氩离子的高能撞击,获得足够能量而脱离靶材表面,被溅射出来。
溅射出来的靶材原子在腔室内飞行,最终沉积在基片表面,逐渐堆积形成薄膜。在溅射过程中,通过调节电压、气体流量、溅射时间等参数,可以有效控制薄膜的沉积速率、厚度均匀性以及成分。例如,改变电压能调整氩离子的能量,进而影响靶材原子的溅射效率;稳定的气体流量保证等离子体的稳定产生;精确控制溅射时间则决定了薄膜的最终厚度。溅射沉积设备常用于制备金属薄膜、合金薄膜以及化合物薄膜等,在电子器件制造、光学镀膜等领域应用广泛 。
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