TCVD（Thermal CVD）热化学气相淀积技术优化方案

这是传统的化学气相淀积技术。热化学气相淀积是指采用衬底表面热催化方式进行的化学气相淀积，该方法淀积温度较高，一般在800～1200℃左右，这样的高温使其应用受到很大限制，但它是化学气相淀积的经典原理与方法，其后的PECVD，LPCVD等都是建立在类似的系统基础之上的。TCVD系统的优点是具有高淀积速率，具有相当高的产出数，缺点在大气压状况下，气体分子彼此碰撞概率很高，轻易会发生气相反应，薄膜中会包含杂质微粒，所以，通常在集成电路制程中。TCVD只应用于生长保护钝化层。

TCVD系统设备比较简单，包括以下三个部分（见图5-27）：进气、反应室、排气系统。

图5-27　热化学气相淀积（TCVD）系统结构示意图(www.xing528.com)

（1）气态源供应系统。CVD气体由反应气体和载气组成。当反应气体为气态时，由高压钢瓶经减压阀取出，可通过流量计控制流量。当反应气体为液态时，可利用载气将气化的液体携带进入反应室，汽化液体的方法有两种，一种是把蒸发后的气态利用载气带入反应室，另一种是把液体通入蒸发容器中，利用产生的气泡使液体汽化，继而将反应气体带入反应室。当反应气体以固态时，通常加热使其气化蒸发或升华，继而送入反应室中。由于淀积薄膜的性能与气体的混合比例有关，气体的混合比例由相应的质量流量计和控制阀来决定。

（2）反应室。可分为开放型、封闭型、近间距型。开放型的特点是连续供气和排气，物料的输运可以靠载气来实现，反应总是处于非平衡状态而有利于淀积物的形成。这种结构的反应器的优点是试样容易装卸，工艺条件易于控制，工艺重复性好。封闭型的特点是把一定量的反应原料和适宜的衬底分别放在反应管的两端，管内抽成真空后放入一定量的输送剂然后熔封。再将管置于双温炉内，使反应管中产生温度梯度。由于温度梯度的存在，物料从封管的一端输送到另一端并淀积出来。该方法的优点是可以降低来自空气或环境气氛的偶然污染，淀积转化率高，其缺点是反应速度慢，不适宜进行大批量生产。近间距型则在开放的系统中，使衬底覆盖在装有反应原料的石英舟上，这样一来，近间距型兼有封闭型和开放型的某些特点。气态组分被局限在一个很小的空间内，这与封闭型相类似；输送剂的浓度又可以任意控制，这又与开放型相同。其优点是生长速度较快，材料性能稳定，其缺点主要是不利于大批量生产。另外，根据反应器壁是否加热，可分为热壁反应器和冷壁反应器。热壁反应器的气壁、衬底和反应气体处在同一温度下，通常用电阻元件加热，用于间歇式生产。其优点是可以非常精确地控制反应温度，缺点是淀积不仅在衬底表面，也在器壁上和其他元件上发生。因此，应对反应器进行定期清理。而冷壁反应器通常只对衬底加热，器壁温度较低。多数CVD反应是吸热反应，所以反应在较热的衬底上发生，较冷的器壁上不会发生淀积。同时反应器与加热基座之间的温度梯度足以影响气体流动，有时甚至形成自然对流，从而增强反应气体的输送速度。

（3）排气系统具有两个主要的功能：一是反应室除去未反应的气体和副产物，形成一条反应物跃过反应区的通畅路径，其中未反应的气体可能在排气系统中继续反应而形成固体粒子。由于这些固体粒子的聚集可能阻塞排气系统而导致反应器压力的突变，进而形成固体粒子的反扩散，影响涂层的生长质量和均匀性，因此在排气系统的设计中应充分予以注意。二是冷却后的废水废气反应能中和池中和其中的有毒成分。