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PECVD与LPCVD技术差异说明


L P C V D 與 P E C V D技術差 異說明

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目錄 第 一 章 、 化 學 氣 相 沉 積 法 的 基 本 原 理 (CVD) ................. 3
1.1 化 學 氣 相 沉 積 的 原 理 ...............................................

............................. 3 1.2 薄 膜 沉 積 原 理 ...................................................................................... 4

第 二 章 、 什 麼 是 PECVD .............................................................. 7
2.1 電 漿 形 成 的 基 本 原 理 ............................................................................ 7 2.2 電 漿 激 發 式 化 學 氣 相 沉 積 ................................................................... 7 2.3 PECVD 設 備 類 型 ................................................................................. 9

第 三 章 、 什 麼 是 LPCVD ............................................................ 11
3.1 低 壓 化 學 氣 相 沉 積 (LPCVD) ................................................................ 11 3.2 LPCVD 設 備 類 型 ................................................................................. 12

4、 比 較 表 ......................................................................................... 14

5、 結 論 ................................................................................................. 14

6、 參 考 文 件 .................................................................................... 16

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第一章、化學氣相沉積法的基本原理(CVD)
化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,簡稱CVD),就是經由化學反應的 方式,在反應器內,將反應物(通常為氣體)生成固態的沉積物,沉積於基板 表面的一種薄膜沉積技術。因為這種薄膜沉積方式涉及化學反應,故稱為化學 氣相沉積。

1.1 化學氣相沉積的原理 首先,參與反應的反應氣體,將從反應器的主氣流裏,藉由反應氣體在主氣流 及基板表面間的濃度差,以擴散的方式,經過邊界層,傳遞到基板的表面。這 些到達晶片表面的反應氣體分子,有一部份將被吸附在晶片表面上。當參與反 應的反應物在表面相遇後,藉由基板表面所提供的能量,沉積反應的動作將發 生,這包括前面所提到的化學反應,及產生的生成物在晶面表面的運動和生成 物的沉積等 當沉積反應完成後 反應的副產物及部份未參與反應的反應氣體 。 , , 將從晶體表面上進入邊界層,最後進入主氣流裏,這些未參與反應的反應氣體 與及生成物,將被抽氣裝置或真空系統所抽離。因此化學氣相沉積反應的反應 物及生成物,都必頇經由主氣流和基板表面間的邊界層來傳遞。若以CVD 的

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操作壓力來區分它,可以分為常壓和低壓兩種。若以CVD 反應器的溫度控制 來評斷,也可分為熱壁式與冷壁式兩種。若考慮CVD 的能量來源及所使用的 反應氣體種類,我們也可以將CVD反應器進一步劃分為PECVD和LPCVD。

1.2 薄膜沉積原理[3] 晶片上的薄膜之所以能夠生成,主要是散佈於晶片表面上的氣 體分子或其他粒子,如原子團和離子等,經由化學反應而產生出固 態的粒子,然後沉積於基板表面﹔或是,因表面擴散運動而失去部 分動能的粒子,被晶片表面所吸附,進而沉積。這些粒子主要藉由 擴散,或是強迫性對流,而傳送到晶片表面。 薄膜的沉積,主要可分為下列幾個步驟,如下圖 所示: (a)成核:散佈在基板表面的氣體粒子,因失去部份動能而吸附於

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晶片表面上,此種粒子稱之為吸附原子。經由吸附原子間的交互作 用,可能會在晶片表面上形成穩定的核團,或是回復成原來的氣相 狀態。薄膜的成長是否能順利的進行,取決於上述兩種狀態的反應 速率,若核團生成的速率大於回復成原來的氣相狀態,則薄膜將得 以順利生長。 (b)晶粒成長:當穩定的晶粒形成後,晶粒成長所需要的原子,就 不單單只局限於吸附原子,而可直接從氣相中傳送來的粒子,藉由 碰撞而成為晶粒的一部份。但是晶粒成長的初期,因晶粒的體積還 小,還是大多都依賴吸附原子為其主要成長來源。 (c)晶粒聚結:當原本為獨立個體的晶粒,因晶粒成長而使得體積 增加,以致於與附近的晶粒相接觸,此時相接觸的晶粒開始聚結,

形成更大的晶粒,一般而言晶粒的聚結就是較大的晶粒吸收較小的 晶粒以使其成長。不過,若相接觸的晶粒結構並不相同,則在聚結 時會同時做晶粒的再結晶,使得較大的晶粒的能態比原來兩個個別 且較小的晶粒還穩定,即整體自由能將因晶粒的聚結而快速的調降。 (d)縫隙填補:當晶粒持續地成長,晶粒間的間距亦隨之減小而形 成縫隙。這些縫隙可以說是基板表面未被吸附原子或晶粒所覆蓋的 區域。當縫細陸續地被填滿,則薄膜已在基板表面完整地形成。

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(e)薄膜成長:當薄膜形成後,雖然薄膜的成長步驟與前述的步驟

類似,但薄膜的成長已不需依靠晶粒的生成來達成,吸附原子可直 接於薄膜表面進行吸附。

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第二章、什麼是PECVD
電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)是CVD技術的一種,其沉積原理與一般CVD並無 太大的差異,PECVD是利用電將中化學活性較高的離子來增強化學反應。

2.1 電漿形成的基本原理 電漿是由離子, 電子,分子所組成的部分接近中性化之離子化氣體。電漿的形成, 是由於電子受電場的加速,不斷的加速使得電子的動能不斷地增加,直到電子 撞到中性的氣體分子,此碰撞便有可能使氣體分子離子化,而產生另一電子, 若第一個電子所得到的能量足以撞擊許多氣體分子,並使其各自激發出一個電 子,而這些電子也能以同樣的形式產生出更多電子,此現象稱之為電子複製。 當電子密度超過某一臨界值後,電漿便可生成。

2.2 電漿激發式化學氣相沉積 電漿激發式化學氣相沉積(Plasma EnhancedCVD,簡稱PECVD)是利用電場使 電子加速,讓因電場加速使電子獲得高能量碰撞反應的氣體分子,使得氣體分 子活性化以達成化學反應。因此降低了反應時所需的溫度,所以電漿激發式化

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學氣相沉積法在化學氣相沉積法中已成為主要的沉積薄膜的工具之一。

電漿輔助化學氣相沈積(PECVD)系統使用電漿的輔助能量,使得沈積反應的溫 度得以降低 通常會在二個電極板間外加一個射頻(radio frequency 縮寫RF)電壓, 。 , 於是在二個電極之間的氣體會解離而產生電漿。此電漿態的氣體有助於發生化學 反應,使膜易沉積於基板上。PECVD的沈積原理與一般的CVD之間並沒有太大的 差異。電漿中的反應物是化學活性較高的離子或自由基,而且基板表面受到離子 的撞擊也會使得化學活性提高。這兩項因素都可促進基板表面的化學反應速率, 因此PECVD在較低的溫度即可沈積薄膜。

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2.3

PECVD設備類型

Inline Type

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Batch Type

Cluster Type

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第三章、什麼是LPCVD
3.1低壓化學氣相沈積(LPCVD) 低壓化學氣相沈積(LPCVD)是在低於大氣壓狀況下進行沈積。下圖是一個典型的 低壓化學氣相沈積系統的結構示意圖。在這個系統中沈積室(deposition chamber) 是由加熱板(HEATER)和氣體分佈蓋板(Gas shower)所構成,而物件是平躺在加熱 板上,這是一種『批次型式』(batch-type)的沈積製程方式。這種系統是一個熱壁 系統,加熱裝置是置 heater plate。在 LPCVD 系統中頇要安裝一個真空幫浦,使沈 積室內保持在所設定的低壓狀況,並且使用壓力計來監控製程壓力。

物件在經過加熱板加熱後和留下來的混合氣體產生化學反應產生模層

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LPCVD 系統的主要優點在於具有優異的薄膜均勻度 以及較佳的階梯覆蓋能力, , 並且可以沈積大面積的晶片;而 LPCVD 的缺點則是沈積速率較低,而且經常使 用具有毒性、腐蝕性、可燃性的氣體。由於 LPCVD 所沈積的薄膜具有較優良的 性質,因此在積體電路製程中 LPCVD 是用以成長磊晶薄膜及其它品質要求較高 的薄膜。

3.2LPCVD 設備類型

Inline Type

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Batch Type

Cluster Type

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4.比較表

5.結論
1、LPCVD 跟PECVD都屬於CVD的系統,但兩者的鍍膜方式卻不一樣,各自有 各自的優缺點,根據製程上的需求來選擇適合的鍍膜方式。 2、太陽能電池的透明導電層所需要的特性,就只能用LPCVD來製作,才能達到 最好的效果,而太陽能電池的吸收層就需要用PECVD來製作。 3、LPCVD使用高溫化學反應, 其不管在製程上或成本上,都比使用電漿沉膜 的PECVD來的簡單和經濟。 4、PECVD的高成膜速度和低溫成膜,也是某些製程必備的條件。

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