CVD 的种类与比较

CVD 的种类与比较
在集成电路制程中，经常使用的 CVD 技术有： (1). 『大气压化学气相沉积』 (atmospheric pressure CVD 、缩写 APCVD) 系统、 (2). 『低压化学气相沉积』 (low pressure CVD 、缩写 LPCVD) 系统、 (3). 『电浆辅助化学气相沉积』 (plasma enhanced CVD 、缩写 PECVD) 系统。

在表（四）中将上述的三种 CVD 制程间的相对优缺点加以列表比较，并且就 CVD 制程在集成电路制
3-4-4 大气压化学气相沉积系统
PCVD 是在近于大气压的状况下进行化学气相沉积的系统。

图（五）是一个连续式 APCVD 系统的结构示意图。

图中芯片是经由输送带传送进入沉积室内以进行 CVD 作业，这种作业方式适合晶圆厂的固定制程。

图中工作气体是由中央导入，而在外围处的快速氮气气流会形成『气帘』 (air curtain) 作用，可借此氮气气流来分隔沉积室内外的气体，使沉积室内的危险气体不致外泄。

PCVD 系统的优点是具有高沉积速率，而连续式生产更是具有相当高的产出数，因此适合集成电路制程。

APCVD 系统的其它优点还有良好的薄膜均匀度，并且可以沉积直径较大的芯片。

然而 APCVD 的缺点与限制则是须要快速的气流，而且气相化学反应发生。

在大气压状况下，气体分子彼此碰撞机率很高，因此很容易会发生气相反应，使得所沉积的薄膜中会包含微粒。

通常在集成电路制程中。

APCVD 只应用于成长保护钝化层。

此外，粉尘也会卡在沈积室壁上，因此须要经常清洗沉积室。

图（六）大气压化学气相沉积 (APCVD) 系统结构示意图
3-4-5 低压化学气相沉积系统
低压化学气相沉积 (LPCVD) 是在低于大气压状况下进行沉积。

图（六）是一个典型的低压化学气相沉积系统的结构示意图。

在这个系统中沉积室(deposition chamber) 是由石英管 (quartz tube) 所构成，而芯片则是竖立于一个特制的固定架上，这是一种『批次型式』(batch-type) 的沉积制程方式。

这种系统是一个热壁系统，加热装置是置于石英管外。

在 LPCVD 系统中须要安装一个真空帮浦，使沉积室内保持在所设定的低压状况，并且使用压力计来监控制程压力。

在『三区高温炉』(3-zone furnace) 中温度是由气体入口处往出口处逐渐升高，以弥补由于气体浓度在下游处的降低，所可能造成的沉积速率不均匀现象。

与 APCVD 系统相比较， LPCVD 系统的主要优点在于具有优异的薄膜均匀度，以及较佳的阶梯覆盖能力，并且可以沉积大面积的芯片；而 LPCVD 的缺点则是沉积速率较低，而且经常使用具有毒性、腐蚀性、可燃性的气体。

由于LPCVD 所沉积的薄膜具有较优良的性质，因此在集成电路制程中 LPCVD 是用以成长磊晶薄膜及其它质量要求较高的薄膜。

图（七）低压化学气相沉积（ LPCVD ）系统结构示意图
3-4-6 电浆辅助化学气相沉积系统
电浆辅助化学气相沉积（ PECVD ）系统使用电浆的辅助能量，使得沉积反应的温度得以降低。

在 PECVD 中由于电浆的作用而会有光线的放射出来，因此又称为『辉光放射』 (glow discharge) 系统。

图（七）是一个PECVD 系统的结构示意图。

图中沉积室通常是由上下的两片铝板，以及铝或玻璃的腔壁所构成的。

腔体内有上下两块铝制电极，芯片则是放置于下面的电极基板之上。

电极基板则是由电阻丝或灯泡加热至 100℃至 400℃之间的温度范围。

当在二个电极板间外加一个13.56MHz 的『射频』 (radio frequency，缩写 RF)电压时，在二个电极之间会有辉光放射的现象。

工作气体则是由沈积室外缘处导入，并且作径向流动通过辉光放射区域，而在沈积室中央处由真空帮浦加以排出。

PECVD的沉积原理与一般的CVD之间并没有太大的差异。

电浆中的反应物是化学活性较高的离子或自由基，而且基板表面受到离子的撞击也会使得化学活性提高。

这两项因素都可促进基板表面的化学反应速率，因此 PECVD 在较低的
温度即可沉积薄膜。

在集成电路制程中，PECVD通常是用来沉积 SiO
2与Si
3
N
4
等
介电质薄膜。

PECVD 的主要优点是具有较低的沉积温度；而 PECVD 的缺点则是产量低，容易会有微粒的污染。

而且薄膜中常含有大量的氢原子。

图（八）电浆辅助化学气相沉积系统的结构示意图
3-5 CVD 与 PVD 之比较
1. 选材：
化学蒸镀－装饰品、超硬合金、陶瓷
物理蒸镀－高温回火之工、模具钢
2. 蒸镀温度、时间及膜厚比较
化学蒸镀－ 1000 ℃附近， 2~8 小时， 1~30 μ m( 通常 5~10 μ m)
物理蒸镀－ 400~600 ℃， 1~3 小时， 1~10 μ m
3. 物性比较
化学蒸镀皮膜之结合性良好，较复杂之形状及小孔隙都能蒸镀；唯若用于工、模具钢，因其蒸镀温度高于钢料之回火温度，故蒸镀后需重施予淬火－回火，不适用于具精密尺寸要求之工、模具。

不需强度要求之装饰品、超硬合金、陶瓷等则无上述顾虑，故能适用。

物理蒸镀皮膜之结合性较差，且背对金属蒸发源之处理件阴部会产生蒸镀不良现象；但其蒸镀温度可低于工、模具钢的高温回火温度，且其蒸镀后之变形甚微，故适用
于经高温回火之精密工具、模具。