11 lpcvd工艺

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1、..第一章，CVD工艺原理介绍在超大规模集成电路(ULSI)技术中，有很多沉积薄膜的方法，一般而言这些方法可以分类为两个不同的反应机构：化学气相沉积(Chemicalvapordeposition，CVD)和物理气相沉积(Physicalvapordeposition，PVD),在此我们仅对化学气相沉积进行介绍。化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积法定义为化学气相反应物，经由化学反应，在基板表面形成一非挥发性的固态薄膜。这是最常在半导体制程中使用的技术。通常化学气相沉积法包含有下列五个步骤：1.反应物传输到基板表面2.吸附或化学吸附到基板表面3.经基板表面催化起异质间的化学反应4

2、.气相生成物脱离基板表面5.生成物传输离开基板表面在实际的应用中，化学反应后所生成的固态材料不仅在基板表面(或非常靠近)发生(即所謂的异质间反应)，也会在气相中反应(即所谓的同质反应)。而异质间反应，是我们所想要的，因为这样的反应只会选择性在有加热的基板上发生，而且能生成品质好的薄膜。相反的，同质反应就不是我们想要的，因为他们会形成欲沉积物质的气相颗粒，造成很差的粘附性及拥有很多的缺陷，且密度低的薄膜。此外，如此的反应将会消耗掉很多的反应物而导致沉积速率的下降。因此在化学气相沉积法的应用中，一项很重要的因素是异质间反应远比同质反应易于发生。最常用的化学气相沉积法有常压化学气相沉积

3、法(Atmospheric-pressureCVD，APCVD)、低压化学气相沉积法(Low-pressureCVD，LPCVD)和等离子增强化学气相沉积法(Plasma-enhancedCVD，PECVD)，而这三种化学气相沉积法的均有各自的优、缺点及应用的地方。低压化学气相沉积法拥有很均匀的阶梯覆盖性、很好的組成成份和结构的控制、很高的沉积速率及输出量、及很低的制程成本。再者低压化学气相沉积法並不需要载子气体，因此大大降低了颗粒污染源。因此低压化学气相沉积法被广泛地应用在高附加价值的半导体产业中，用以作薄膜的沉积。在硅的成长过程中，使用低压的目的在于減小自掺杂(来自基板本身的

4、杂质)的效应，而这正是常压化学气相成长的最主要问题。在未来元件尺寸愈作愈小的情況下，制程温度必需降低，而低压化学气相沉积法的最严重问题是他的制程温度稍高，而等离子增强化学气相沉积法即是一种合适的方法，可以解決这个问题。化学气相沉积法的反应器的设计和操作，会因不同的要求而不同，因此这些反应器可以不同的方式分类。一种分类法是依对晶片加热的方式来区別，另一种是依反应腔体內的压力来分类(常压或是低压)。对晶片的加热方式可分成以下四类：1.热阻丝加热方式2.射频(RF)感应加热方式3.等离子增强(Plasma)加热方式4.光能加热方式所加的能量可能转换至反应气体本身或是基板上。当使用反应腔

5、体热阻丝线圈加热方式時，除了晶片本身外，反应腔体的炉壁也会被加热，因此如此的设计称作“热壁反应器”(hot-wallreactors)。在这种系统中所蒸镀的薄膜，除了会在基板上，也会在炉壁上生成。这意味著如此的设计，必须經常清洗炉管，以避免微尘粒污染。另一方面，藉由射频感应或在反应器內裝紅外线、紫外线加热灯管来引入热源，将只会对晶片和晶片的载具加热，而不会对反应腔的炉壁加热，如此的设计称作“冷壁反应器”(cold-wallreactors)，然而，在一些的冷壁反应器的系统中，还是会发生炉壁被加热的情形，所以就必须藉著冷却炉壁(通入冷却循环水)的方式来降低或避免在炉壁上反应或沉积薄

6、膜。反应炉管的几何形状由反应压力和热源供应方式严格限制著，而且这是影响输出量(throughput)的一个重要因素。因为常压反应器的操作在“物质传输限制”(mass-transport-limit)区域，因此它的腔体设计必须使每一片晶片表面有相等的流量。所以晶片绝不会以垂直且彼此非常靠近的方式来摆置，而宁可采取平躺水平的方式来摆置，但是此种设计有一非常严重的问题，即易被掉落的微尘粒污染。而低压化学气相沉积法的炉管设计不会受到在“物质传输限制”区域內反应的限制，因此它的几何形状可设计成使每批的晶片数达到最大值，晶片可以一片接著一片垂直摆置，片与片之间的距离可以只有几毫米(mm)，因

7、此几个石英制的晶片载舟，加起来可放超过200片的晶片，因为低压化学气相沉积法是操作在“表面反应限制”(surface-reaction-limited)区域，因此它的反应器设计必须有很好的沉积温度控制，它的加热器是采用三区热阻丝的炉子(3-zoneresistance-heatedfurnace)，此种加热器能提供一稳定且均匀的加热源。在集成电路高产量的需求下，在同一个制程中，每批所能生产的晶片数愈多愈好。因此就会有如图8-13所示的热壁、低压化学气相沉积的反应器被制造出来。在这