第五章 陈燕儒解文浩郑志扬指导老师叶义生.pptVIP

陳燕儒 解文浩 鄭志揚 指導老師：葉義生 目錄 薄膜沈積（ Thin Film Deposition ） 薄膜沈積機制 化學氣相沈積（CVD） CVD原理 CVD反應機制 CVD的種類與比較 電漿輔助化學氣相沈積系統（ PECVD ） 薄膜沈積(Thin Film Deposition) 何謂薄膜沈積： 　在機械工業、電子工業或半導體工業領域，為了對所使用的材料賦與某種特性在材料表面上以各種方法形成被膜（一層薄膜），假如此被膜經由原子層的過程所形成時，一般將此等薄膜沈積稱為蒸鍍（蒸著）處理，以原子或分子的層次控制蒸鍍粒子使其形成被膜，因此可以得到以熱平衡狀態無法得到的具有特殊構造及功能的被膜。 薄膜沈積(Thin Film Deposition) 薄膜沈積依據沈積過程中，是否含有化學反應的機制，可以區分為物理氣相沈積（Physical Vapor Deposition，簡稱PVD）通常稱為物理蒸鍍及化學氣相沈積（Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD）通常稱為化學蒸鍍。 薄膜沈積機制 圖為薄膜成長機制的說明圖。圖中首先到達基板的原子必須將縱向動量發散，原子才能『吸附』在基板上。這些原子會在基板表面發生形成薄膜所須要的化學反應。所形成的薄膜構成原子會在基板表面作擴散運動，這個現象稱為吸附原子的『表面遷徙』。 化學氣相沈積（CVD） ?CVD將金屬氯化物、碳化氫、氮氣等氣體導入密閉之容器內，在真空、低壓、電漿等氣氛狀況下把工作加熱至1000℃附近2~8小時，將所需之碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等柱狀晶薄膜沈積在工件表面，膜厚約1~30μm（5~10μm），結合性良好（蒸鍍溫度高，有擴散結合現象），較 複雜之形狀及小孔隙都能蒸鍍。 化學氣相沈積（CVD） CVD是將反應源以氣體形式通入反應腔中，經由氧化，還原或與基板反應之方式進行化學反應，其生成物藉內擴散作用而沈積基板表面上。 1.密閉容器2.電熱爐3.氣化器4.固體氣化器5.回收槽6.旋轉泵7.液體排出泵 圖　典型之CVD裝置示意圖 ?CVD原理 在半導體製程上，CVD反應的環境，包括：溫度、壓力、氣體的供給方式、流量、氣體混合比及反應器裝置等等。基本上氣體傳輸、熱能傳遞及反應進行三方面，亦即反應氣體被導入反應器中，藉由擴散方式經過邊界層(boundary layer)到達晶片表面，而由晶片表面提供反應所需的能量，反應氣體就在晶片表面產生化學變化，生成固體生成物，而 沈積在晶片表面。 CVD反應機制 CVD分為下列五個步驟：(a)首先在沈積室中導入反應氣體，以及稀釋用的惰性氣體所構成的混合氣體『主氣流』(b)主氣流中的反應氣體原子或分子往內擴散移動通過停滯的『邊界層』而到達基板表面、(c)反應氣體原子被『吸附』在基板上、(d)吸附原子在基板表面遷徙，並且產生薄膜成長所須要的表面化學反應、(e)表面化學反應所產生的氣庇生成物被『吸解』，並且往外擴散通過邊界層而進入主氣流中，並由沈積室中被排除。 CVD反應機制 化學氣相沈積的五個主要機制： (a)導入反應物主氣流 (b)反應物內擴散 (c)原子吸附 (d)表面化學反應 (e)生成物外擴散及移除 CVD的種類與比較 在積體電路製程中，經常使用的CVD技術有：(1)『大氣壓化學氣相沈積』(APCVD)系統、(2)『低壓化學氣相沈積』(LPCVD)系統、(3)『電漿輔助化學氣相沈積』(PECVD)系統。 製程 優點 缺點 應用 APCVD 反應器結構簡單 沈積速率快 低溫製程 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 可沈積大面積晶片 高溫製程 低沈積速率 高溫氧化物 多晶矽 鎢，矽化鎢 PECVD 低溫製程 高沈積速率 步階覆蓋性良好 化學污染 粒子污染 低溫絕緣體 鈍化層 各種CVD製程的優缺點比較及其應用 PECVD電漿輔助化學氣相沈積系統 電漿輔助化學氣相沈積（PECVD）系統使用電漿的輔助能量，使得沈積反應的溫度得以降低。在PECVD中由於電漿的作用而會有光線的放射出來，因此又稱為 『輝光放射』系統。 PECVD電漿輔助化學氣相沈積系統 圖中沈積室通常是由上下的兩片鋁板，以及鋁或玻璃的腔壁所構成的。臏體內有上下兩塊鋁製電極，晶片則是放置於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℃至400℃之間的溫度範圍。當在二個電極板間外加一個13.56MHz的『射頻』電壓時，在二個電極之間會有輝光放射的現象。工作氣體則是由沈積室外緣處導入，並且作徑向流動通過輝光放射區域，而在沈積室中央處由真空幫浦加以排出。 PECVD電漿輔助化學氣相沈積系統 PECVD電漿中的反應物是化學活性較高的離子或自由基，而且基