化学气相沉积

化学气相沉积（英语：chemical vapor deposition，简称CVD）是一种用来产生纯度高、性能好的固态材料的化学技术。半导体产业使用此技术来成长薄膜。典型的CVD工艺是将晶圆（基底）暴露在一种或多种不同的前趋物下，在基底表面发生化学反应或/及化学分解来产生欲沉积的薄膜。反应过程中通常也会伴随地产生不同的副产品，但大多会随着气流被带走，而不会留在反应腔（reaction chamber）中。

微制程大都使用CVD技术来沉积不同形式的材料，包括单晶、多晶、非晶及外延材料。这些材料有硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳米线、纳米碳管、SiO₂、硅锗、钨、硅碳、氮化硅、氮氧化硅及各种不同的high-k介质等材料。CVD制程也常用来生成合成钻石。

化学气相沉积的种类

一些CVD技术被广泛地使用及在文献中被提起。这些技术有不同的起始化学反应机制（如活化机制）及不同的工艺条件。

• 以反应时的压强分类
  • 常压化学气相沉积（Atmospheric Pressure CVD，APCVD）：在常压环境下的CVD工艺。
  • 低压化学气相沉积（Low-pressure CVD，LPCVD）：在低压环境下的CVD工艺。降低压强可以减少不必要的气相反应，以增加晶圆上薄膜的一致性。大部分现今的CVD工艺都是使用LPCVD或UHVCVD。
  • 超高真空化学气相沉积（Ultrahigh vacuum CVD，UHVCVD：在非常低压环境下的CVD工艺。大多低于10^-6 Pa (约为10^-8 torr）。注：在其他领域，高真空和超高真空大都是指同样的真空度，约10^-7 Pa。

• 以气相的特性分类
  • 气溶胶辅助气相沉积（Aerosol assisted CVD，AACVD）：使用液体/气体的气溶胶的前驱物成长在基底上，成长速度非常快。此种技术适合使用非挥发的前驱物。
  • 直接液体注入化学气相沉积（Direct liquid injection CVD，DLICVD）：使用液体（液体或固体溶解在合适的溶液中）形式的前驱物。液相溶液被注入到蒸发腔里变成注入物。接着前驱物经由传统的CVD技术沉积在基底上。此技术适合使用液体或固体的前驱物。此技术可达到很多的成长速率。

• 电浆技术（可参考电浆制程）
  • 微波等离子体辅助化学气相沉积（Microwave plasma-assisted CVD，MPCVD）
  • 等离子体增强化学气相沉积法（Plasma-Enhanced CVD，PECVD）：利用等离子体增加前驱物的反应速率。PECVD技术允许在低温的环境下成长，这是半导体制造中广泛使用PECVD的最重要原因。
  • 远距电浆增强化学气相沉积（Remote plasma-enhanced CVD，RPECVD）：和PECVD技术很相近的技术。但晶圆不直接放在电浆放电的区域，反而放在距离电浆远一点的地方。晶圆远离电浆区域可以让制程温度降到室温。

• 原子层化学气相气相沉积（Atomic layer CVD，ALCVD）：连续沉积不同材料的晶体薄膜层。参见原子层外延（原子层沉积）。

• 热丝化学气相沉积（Hot wire CVD，HWCVD）：也称做触媒化学气相沉积（Catalytic CVD，Cat-CVD）或热灯丝化学气相沉积（Hot filament CVD，HFCVD）。使用热丝化学分解来源气体。

• 有机金属化学气相沉积（Metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD）：前驱物使用有机金属的CVD技术。

• 混合物理化学气相沉积（Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition，HPCVD）：一种气相沉积技术，包含化学分解前驱气体及蒸发固体源两种技术。

• 快速热化学气相沉积（Rapid thermal CVD, RTCVD）：使用加热灯或其他方法快速加热晶圆。只对基底加热，而不是气体或腔壁。可以减少不必要的气相反应，以免产生不必要的粒子。

• 气相外延（Vapor phase epitaxy, VPE）

通常用于集成电路的沉积材料

本节讨论通常用于集成电路的CVD工艺。不同的材料会应用于不同的环境。

多晶硅

多晶硅是从硅烷（SiH4）沉积所得到的。使用以下反应：

SiH₄ → Si + 2 H₂

这种反应通常使用低压化学气相沉积系统（LPCVD），使用单纯的硅烷或用70-80％的氮硅烷作为原料。在温度在600°C至650°C之间，压力为25~150帕斯卡的条件下，沉积速度在每分钟10至20纳米之间。另一种工艺使用氢为还原剂。氢气会降低增长速度，所以温度提高到850甚至1050℃进行补偿。 多晶硅的沉积可以和掺杂同时进行。即把磷，砷或者乙硼烷加入CVD反应腔。乙硼烷的会令增长率增加，但砷化氢和磷化氢会令沉积速度减小。

二氧化硅

SiH₄+O₂ → SiO₂+2H₂

氮化硅

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

通常用于高分子聚合的沉积材料

聚对二甲苯（parylene）以及其派生物

Parylene-N的单体经过高温炉（约摄氏600-800度）裂解后会形成自由基,而最后随着带入的惰性气体沉积在低温的表面上

大多数parylenes是钝化薄膜或涂层。这意味着他们保护的装置可以防止水，化学品的侵害。这是一个重要的特点，然而在许多应用上都需要键结的其他材料在聚对二甲苯上，例如对二甲苯对二甲苯，对二甲苯表面固定催化剂或酶......。一些的反应性对二甲苯，例如:1.胺基对二甲苯（一个胺在每个重复单元，Kisco公司产品）2.一甲基胺对二甲苯（一甲基胺每个重复单元，Kisco公司产品）

一甲基胺对二甲苯比胺基对二甲苯有更大的反应性，因为它带着更强的硷基。当相邻的苯环胺组，胺基，是在稳定的共振，因此变得更加酸性，相对碱性较弱。然而[胺基对二甲苯]是更容易合成，因此它的成本较低。