《薄膜成长技术》PPT课件

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1、第四章薄膜成長技術薄膜成長或者稱薄膜沈積(ThinFilmDeposition)技術，是指在一基板上(Substrate)成長一層同質(HomogeneousStructure)或者是異質(Hetero-structure)材料之技術。金屬層、複晶矽薄膜(polycrystallinesilicon)、二氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)層都適用此種方法來沉積薄膜層。4-1薄膜沈積之原理薄膜沈積技術可分為化學氣相沈積(ChemicalVaporDeposition,CVD)和物理氣相沈積(PhysicalVaporDeposition,PVD)二種方法。而化學氣相沈積方法在半導體工

2、業上最常用的是低壓化學氣相沈積方法(LowPressureChemicalVaporDeposition,LPCVD)與常壓化學氣相沈積方法(AtmosphericPressureChemicalVaporDeposition,APCVD)以LPCVD為例，要生成薄膜的材料是與爐管的溫度及注入爐管的氣體種類有關爐管的溫度高於550℃＋SiH4→複晶矽薄膜爐管的溫度約485℃＋Si2H6→複晶矽薄膜氧氣和SiH4在爐管內→二氧化矽(SiO2)層氨氣和SiH2Cl2在爐管內→Si3N4物理氣相沈積方法，最常用的是金屬濺鍍機(Sputtering)和金屬蒸鍍機(Evaporation)最為典型

3、也最為常用。Sputtering：藉助電漿產生之離子(如Ar)去撞擊電極靶源，始靶源之金屬沉積於基座上如AlCuSi、W等Evaporation：把要蒸鍍的金屬置放在熔點極高的承載器，然後加溫至被蒸發金屬之熔點如鋁線(Al)與金線(Au)之蒸鍍電漿(plasma)是一群中性分子(氣體)中有一部分帶正電，一部分帶負電，而正負電賀立子數目接近相等，故整體電將呈現電中性，其活性皆很強。由中性原子或分子、負電(電子)和正電(離子)所構成。電子濃度對所有氣體濃度的比例被定義為游離率(ionizationrate)薄膜沉積之機制4-2低壓力化學氣相沈積法(LowPressureChemicalVap

4、orDepostition,LPCVD)1.複晶矽材料之沈積：2.氧化矽和氮化矽材料之沈積：以低溫製程來沉積此兩種絕緣材料作內層介電層，內金屬介電層以及作保護層之用低溫之電漿加強式化學氣相沉積(PlsmaEnhancedVaporDeposition,PECVD)反應溫度藉高能量之電漿效應，使溫度得以降低磷矽玻璃(PhosphosilicateGlass,PSG)PSG材料和氮化矽材料均可以阻擋水氣，更可以防止鹼金屬之擴散，很適合做鈍化保護層氮化矽(siliconnitride)之成長PECVD之化學反應式為：LPCVD爐之化學反應式則為或者4-3磊晶矽晶片之成長技術磊晶之原文，Epi-

5、taxy是希臘文，原意是在上面有秩序的(Upon-order)排列，而磊晶晶片即是用一簡單之製程，在一有結晶狀之基座(Substrate)上面成長單晶結構之物質，以目前製程上之應用，可分為同質之磊晶晶片(HomoepitaxyWafer)和異質之磊晶晶片(HeteroepitaxyWafer)。磊晶矽晶圓片之成長1.低溫氧化層之技術(LTO)目前較常用之低溫氧化矽之成長技術為大氣壓力化學氣相沈積方法，(AtmosphericPressureChemicalVaporDeposition,APCVD)。2.去除晶片邊緣處之氧化矽(EOS)因晶片成長磊晶層時因晶片邊緣粗糙處，易吸附雜質及異物

6、磊晶晶片之成長機制1.磊晶成長之物理機制當在氣體流動穩定狀態下，F1和F0是相等，F為通量(Flux)，定義為單位面積下參與反應之原子數目，hg則為氣相質量傳送係數(Gas-phaseMass-transferCoefficient)，ks是化學表面反應速率常數(ChemicalSurface-reactionRateConstant)Ea是主動活化能(ActivationEnergy)，大約1.9eV。當hg>>ks為SurfaceReactionControl主導成長之機制，反之hg<

7、原子數量（經驗值約為~5×1022cm–3）Cg=YCT，CT是單位體積之總氣體量，Y是矽原子之莫耳(Mole)數比，當hg>>ks時，磊晶膜之成長速率為，反之hg<