CVD的種類與比較

CVD的種類與比較在集成電路制程中，經(jīng)常使用的CVD技術(shù)有：(1).『大氣壓化學氣相沉積』(atmosphericpressureCVD、縮寫APCVD)系統(tǒng)、(2).『低壓化學氣相沉積』(lowpressureCVD、縮寫LPCVD)系統(tǒng)、(3).『電漿輔助化學氣相沉積』(plasmaenhaneedCVD、縮寫PECVD)系統(tǒng)。在表(四)中將上述的三種CVD制程間的相對優(yōu)缺點加以列表比較，并且就CVD制程在集成電路制程中的各種可能的應(yīng)用加以歸納。制程優(yōu)點缺點應(yīng)用APCVD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單沉積速率快低溫制程步階覆蓋能力差粒子污染低溫氧化物LPCVD高純度步階覆蓋極佳可沉積大面積芯片咼溫制程低沉積速率咼溫氧化物多晶硅鎢，硅化鎢PECVD低溫制程高沉積速率步階覆蓋性良好化學污染粒子污染低溫絕緣體鈍化層表四各種CVD制程的優(yōu)缺點比較及其應(yīng)用3-4-4大氣壓化學氣相沉積系統(tǒng)PCVD是在近于大氣壓的狀況下進行化學氣相沉積的系統(tǒng)。 圖(五)是一個連續(xù)式APCVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中芯片是經(jīng)由輸送帶傳送進入沉積室內(nèi)以進行CVD作業(yè)，這種作業(yè)方式適合晶圓廠的固定制程。 圖中工作氣體是由中央導(dǎo)入，而在外圍處的快速氮氣氣流會形成『氣簾』 ⑻reurtain)作用，可借此氮氣氣流來分隔沉積室內(nèi)外的氣體，使沉積室內(nèi)的危險氣體不致外泄。PCVD系統(tǒng)的優(yōu)點是具有高沉積速率，而連續(xù)式生產(chǎn)更是具有相當高的產(chǎn)出數(shù)，因此適合集成電路制程。 APCVD系統(tǒng)的其它優(yōu)點還有良好的薄膜均勻度，并且可以沉積直徑較大的芯片。 然而APCVD的缺點與限制則是須要快速的氣流，而且氣相化學反應(yīng)發(fā)生。 在大氣壓狀況下，氣體分子彼此碰撞機率很高，因此很容易會發(fā)生氣相反應(yīng)，使得所沉積的薄膜中會包含微粒。 通常在集成電路制程中。APCVD只應(yīng)用于成長保護鈍化層。 此外，粉塵也會卡在沈積室壁上，因此須要經(jīng)常清洗沉積室。圖(六)大氣壓化學氣相沉積(APCVD)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3-4-5低壓化學氣相沉積系統(tǒng)低壓化學氣相沉積（LPCVD）是在低于大氣壓狀況下進行沉積。圖（六）是一個典型的低壓化學氣相沉積系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在這個系統(tǒng)中沉積室（depositionchamber）是由石英管（quartztube）所構(gòu)成，而芯片則是豎立于一個特制的固定架上，這是一種『批次型式』 （batch-type） 的沉積制程方式。這種系統(tǒng)是一個熱壁系統(tǒng)，加熱裝置是置于石英管外。在 LPCVD系統(tǒng)中須要安裝一個真空幫浦，使沉積室內(nèi)保持在所設(shè)定的低壓狀況，并且使用壓力計來監(jiān)控制程壓力。在『三區(qū)高溫爐』（3-zonefurnace） 中溫度是由氣體入口處往出口處逐漸升高，以彌補由于氣體濃度在下游處的降低， 所可能造成的沉積速率不均勻現(xiàn)象。與APCVD系統(tǒng)相比較，LPCVD系統(tǒng)的主要優(yōu)點在于具有優(yōu)異的薄膜均勻度，以及較佳的階梯覆蓋能力，并且可以沉積大面積的芯片；而 LPCVD的缺點則是沉積速率較低，而且經(jīng)常使用具有毒性、腐蝕性、可燃性的氣體。 由于LPCVD所沉積的薄膜具有較優(yōu)良的性質(zhì)，因此在集成電路制程中 LPCVD是用以成長磊晶薄膜及其它質(zhì)量要求較高的薄膜。圖（七）低壓化學氣相沉積（LPCVD）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3-4-6電漿輔助化學氣相沉積系統(tǒng)電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）系統(tǒng)使用電漿的輔助能量，使得沉積反應(yīng)的溫度得以降低。在PECVD中由于電漿的作用而會有光線的放射出來，因此又稱為『輝光放射』（glowdischarge） 系統(tǒng)。圖（七）是一個PECVD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中沉積室通常是由上下的兩片鋁板，以及鋁或玻璃的腔壁所構(gòu)成的。腔體內(nèi)有上下兩塊鋁制電極，芯片則是放置于下面的電極基板之上。 電極基板則是由電阻絲或燈泡加熱至100°C至400°C之間的溫度范圍。當在二個電極板間外加一個13.56MHz的『射頻』（radiofrequency，縮寫RF）電壓時，在二個電極之間會有輝光放射的現(xiàn)象。工作氣體則是由沈積室外緣處導(dǎo)入，并且作徑向流動通過輝光放射區(qū)域，而在沈積室中央處由真空幫浦加以排出。PECV的沉積原理與一般的CVD之間并沒有太大的差異。 電漿中的反應(yīng)物是化學活性較高的離子或自由基，而且基板表面受到離子的撞擊也會使得化學活性提高。這兩項因素都可促進基板表面的化學反應(yīng)速率，因此 PECVD在較低的溫度即可沉積薄膜。在集成電路制程中， PECVDS常是用來沉積Si02與SisN等介電質(zhì)薄膜。PECVD的主要優(yōu)點是具有較低的沉積溫度；而PECVD的缺點則是產(chǎn)量低，容易會有微粒的污染。 而且薄膜中常含有大量的氫原子。氣體入II w世以浦圖（八）電漿輔助化學氣相沉積系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖3-5CVD與PVD之比較選材：化學蒸鍍-裝飾品、超硬合金、陶瓷物理蒸鍍-高溫回火之工、模具鋼蒸鍍溫度、時間及膜厚比較化學蒸鍍—1000C附近，2~8小時，1~30卩m（通常5~10卩m）物理蒸鍍—400~600C,1~3小時，1~10卩m物性比較化學蒸鍍皮膜之結(jié)合性良好，較復(fù)雜之形狀及小孔隙都能蒸鍍；唯若用于工、模具鋼，因其蒸鍍溫度高于鋼料之回火溫度， 故蒸鍍后需重施予淬火-回火，不適用于具精密尺寸要求之工、模具。不需強度要求之