化學(xué)氣相沉積(CVD)

化學(xué)氣相沉積 (Chemical Vapor Deposition；CVD) 

到目前為止，只談到以高溫爐管來(lái)進(jìn)行二氧化硅層之成長(zhǎng)。至于其它如多晶硅 (poly-silicon)、氮化硅 (silicon-nitride)、鎢或銅金屬等薄膜材料，要如何成長(zhǎng)堆棧至硅晶圓上？ 

基本上仍是采用高溫爐管，只是因著不同的化學(xué)沉積過(guò)程，有著不同之工作溫度、壓力與反應(yīng)氣體，統(tǒng)稱為「化學(xué)氣相沉積」。 

按著化學(xué)氣相沉積的研發(fā)歷程，分別簡(jiǎn)介「常壓化學(xué)氣相沉積」、「低壓化學(xué)氣相沉積」、及「電漿輔助化學(xué)氣相沉積」： 

1、常壓化學(xué)氣相沉積 (Atmospheric Pressure CVD；APCVD) 

最早研發(fā)的CVD系統(tǒng)，顧名思義是在一大氣壓環(huán)境下操作，設(shè)備外貌也與氧化爐管相類似。欲成長(zhǎng)之材料化學(xué)蒸氣自爐管上游均勻流向硅晶，至于何以會(huì)沉積在硅晶表面，可簡(jiǎn)單地以邊界層 (boundary layer) 理論作定性說(shuō)明： 

當(dāng)具黏性之化學(xué)蒸氣水平吹拂過(guò)硅芯片時(shí)，硅芯片與爐管壁一樣，都是固體邊界，因著靠近芯片表面約1mm的邊界層內(nèi)速度之大量變化(由邊界層外緣之蒸氣速度減低到芯片表面之0速度)，會(huì)施予一拖曳外力，拖住化學(xué)蒸氣分子；同時(shí)因硅芯片表面溫度高于邊界層外緣之蒸氣溫度，芯片將釋出熱量，來(lái)供給被拖住之化學(xué)蒸氣分子在芯片表面完成薄膜材質(zhì)解離析出之所需能量。所以基本上，化學(xué)氣相沉積就是大自然「輸送現(xiàn)象」(transport phenomena) 的應(yīng)用。 

常壓化學(xué)氣相沉積速度頗快，但成長(zhǎng)薄膜的質(zhì)地較為松散。另外若晶圓不采水平擺放的方式 (太費(fèi)空間)，薄膜之厚度均勻性 (thickness uniformity)不佳。 

2、低壓化學(xué)氣相沉積 (Low Pressure CVD；LPCVD) 

為進(jìn)行50片或更多晶圓之批次量產(chǎn)，爐管內(nèi)之晶圓勢(shì)必要垂直密集地豎放于晶舟上，這明顯衍生沉積薄膜之厚度均勻性問(wèn)題；因?yàn)槠桨暹吔鐚訂?wèn)題的假設(shè)已不合適，化學(xué)蒸氣在經(jīng)過(guò)第一片晶圓后，黏性流場(chǎng)立即進(jìn)入分離 (separation) 的狀態(tài)，逆壓力梯度 (reversed pressure gradient) 會(huì)將下游的化學(xué)蒸氣帶回上游，而一團(tuán)混亂。 

在晶圓豎放于晶舟已不可免之情況下，降低化學(xué)蒸氣之環(huán)境壓力，是一個(gè)解決厚度均勻性的可行之道。原來(lái)依定義黏性流特性之雷諾數(shù) 觀察，動(dòng)力黏滯系數(shù)ν隨降壓而變小，如此一來(lái)雷諾數(shù)激增，而使化學(xué)蒸氣流動(dòng)由層流 (laminar flow) 進(jìn)入紊流 (turbulent flow)。有趣的是紊流不易分離，換言之，其為一亂中有序之流動(dòng)，故盡管化學(xué)蒸氣變得稀薄，使沉積速度變慢，但其經(jīng)過(guò)數(shù)十片重重的晶圓后，仍無(wú)分離逆流的現(xiàn)象，而保有厚度均勻，甚至質(zhì)地致密的優(yōu)點(diǎn)。以800oC、1 Torr成長(zhǎng)之LPCVD氮化硅薄膜而言，其質(zhì)地極為堅(jiān)硬耐磨，也極適合蝕刻掩膜之用 (沉積速度約20分鐘0.1微米厚。) 

3、電漿輔助化學(xué)氣相沉積 (Plasma Enhanced CVD；PECVD) 

盡管LPCVD已解決厚度均勻的問(wèn)題，但溫度仍太高，沉積速度也不夠快。為了先降低沉積溫度，必須尋找另一能量來(lái)源，供化學(xué)沉積之用。由于低壓對(duì)于厚度均勻性的必要性，開發(fā)低壓環(huán)境之電漿能量輔助 (電漿只能存在于10~0.001 Torr 下)，恰好補(bǔ)足低溫環(huán)境下供能不足的毛病，甚至于輔助之電漿能量效應(yīng)還高于溫度之所施予，而使沉積速率高過(guò)LPCVD。以350oC、1 Torr成長(zhǎng)之PECVD氮化硅薄膜而言，其耐磨之質(zhì)地適合IC最后切割包裝 (packaging) 前之保護(hù)層 (passivation layer) 使用 (沉積速度約5分鐘0.1微米厚。) 

PECVD 與 RIE 兩機(jī)臺(tái)之運(yùn)作原理極為相似，前者用電漿來(lái)輔助沉積，后者用電漿去執(zhí)行蝕刻。不同之處在于使用不同的電漿氣源，工作壓力與溫度也不相同。

華旗科技主要產(chǎn)品：氧化擴(kuò)散爐系列、化學(xué)氣相沉積（LPCVD系統(tǒng)、PECVD系統(tǒng)）、外延及晶體生長(zhǎng)（HVPE、MOCVD及VB、VGF等）、RTP快速熱處理、氣瓶柜/特氣柜/氣源柜、半導(dǎo)體尾氣（廢）處理，真空熱處理爐（雙室氣淬、單室、傳統(tǒng)管式爐等）、鏈?zhǔn)綘t系列、擴(kuò)散爐體系列等等。