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Wuxi CSMC-HJ Semiconductor Co., Ltd. 无锡华晶上华半导体有限公司 Title ：LPCVD 工艺培训 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(Chemical vapor deposition，CVD) 和物理气相沉积 (Physical vapor deposition，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. 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法(Atmospheric-pressure CVD，APCVD)、低 压化学气相沉积法(Low-pressure CVD，LPCVD)和等离子增强化学气相沉积法(Plasma-enhanced CVD，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。当使用反应腔体热阻丝线圈加热方式時，除了 1 Wuxi CSMC-HJ Semiconductor Co., Ltd. 无锡华晶上华半导体有限公司 Title ：LPCVD 工艺培训 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-wall reactors)。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-wall reactors)，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