描述複雜性理論

[拼音]：huaxue qixiang dianji gongyi

[英文]：chemical vapor deposition

用氣態反應原料在固態基體表面反應並澱積成固體薄層或薄膜的工藝過程，類似於汽相外延工藝（見外延生長）。60年代，隨著積體電路平面技術的發展，化學汽相澱積工藝受到重視而得到迅速發展。當時主要是常壓下的化學汽相澱積，稱為常壓化學汽相澱積工藝。70年代後期，低壓化學汽相澱積工藝取得顯著進展，在積體電路製造工藝中發揮了更大的作用。在應用低壓化學汽相工藝的同時，等離子化學汽相澱積工藝和金屬有機化學汽相澱積工藝也得到迅速發展。

化學汽相澱積工藝常用於製造導電薄膜（如多晶矽、非晶矽）或絕緣薄膜(如氧化矽、氮化矽和磷矽玻璃等)。這些薄膜經過光刻和腐蝕，可形成各種電路圖案，與其他工藝相配合即可構成積體電路。常見的澱積薄膜的化學反應式如下：

SiH4─→Si(多晶矽或非晶矽)+2H2

SiH4+4N2O─→SiO2+2H2O+4N2

SiH4+2O2─→SiO2+2H2O

3SiH4+4NH3─→Si3N4+12H2

3SiH2Cl2+10NH3─→Si3N4+6NH4Cl+6H2

SiH4+2xPH3+2(2x+1)O2─→SiO2·xP2O5(磷矽玻璃)+(3x+2)H2O

化學汽相澱積工藝還可用於其他方面，如製造超導薄膜材料鈮鍺合金(Nb3Ge)、光學掩模材料氧化鐵、光纖芯材鍺矽玻璃(SiO2·xGeO2)，以及裝飾性薄膜氮化鈦等。3NbCl4+GeCl4+8H2─→Nb3Ge+16HCl4Fe(CO)5+3O2─→2Fe2O3+20CO

與物理汽相澱積薄膜工藝（如蒸發、濺射、離子鍍等）相比，化學汽相澱積具有裝置簡單和成本低的優點，化學汽相澱積工藝，也可用於製造體材料，例如，高純三氯矽烷用氫還原，在加熱的矽棒上不斷澱積出矽，使矽棒變粗，形成棒狀高純矽錠，成為製備半導體矽單晶的原料。

常壓化學汽相澱積

圖1a是高頻感應加熱的常壓化學汽相澱積裝置，感應受熱基座通常用石墨製成，在基座上放置片狀的襯底。例如，以單晶矽片為襯底，在矽片上澱積氧化矽、氮化矽、多晶矽或磷矽玻璃等薄膜。圖1b是電阻平臺加熱的多噴頭常壓化學汽相澱積裝置，用矽烷、磷烷或氧為原料，以氮氣釋稀，在400℃左右澱積氧化矽或磷矽玻璃。連續傳送裝置可以提高產量並改善均勻性。

低壓化學汽相澱積

圖2是低壓化學汽相澱積裝置原理，採用管式電阻爐加熱，在爐內以直立式密集裝片。片的平面垂直於氣流方向。由於在低壓（約50帕）下工作，氣體分子的平均自由程比常壓下增加1000多倍以上，擴散過程加快，片與片之間的距離約幾毫米。因此，每一個裝片架上可以放100～200個片子，產量比常壓法增加十多倍。這種工藝在半導體器件製造過程中，可澱積多種薄膜，應用很廣。

等離子化學汽相澱積

利用高頻電場使低壓下的氣體產生輝光放電，形成非平衡等離子體，其中能量較高的電子撞擊反應氣體分子，促使反應在較低溫度下進行，澱積成薄膜（圖3）。這種工藝主要用於製備積體電路或其他半導體晶片表面鈍化保護層，以提高器件可靠性和穩定性。

金屬有機化學汽相澱積

以金屬有機化合物為原料，澱積成多層金屬化合物薄層或薄膜，主要用於化合物半導體的汽相外延層生長，以製造微波和光通訊器件。例如，三甲基鎵和砷烷在氫氣中反應，可以在砷化鎵單晶襯底或氧化鋁單晶襯底上形成新的砷化鎵外延薄層。以三乙基錮、三乙基鋁、三甲基鎵、以及磷烷、砷烷為原料，可以生成GaAlAs、GaInAsP和GaInAs等多種外延材料。利用多層外延結構材料，可以製造半導體鐳射器等。

參考書目

Donald T.Hawkins ed.，Chemical Vapor Deposition1960～1980， IFI/Plenum Data Co.，New York，1981.