薄膜沉積技術

薄膜沉積技術 ◆ 半導體製程中所稱的薄膜，是指厚度在1μm以下的膜。例如層間絕緣膜或是電極金屬等。 ◆ 薄膜沉積技術是由外界提供材料來累積在矽基板上的技術。 ◆ 由於是外來的沉積，即有發生污染的可能，一直以來令人擔心是否會影響高純度矽基板及其電子特性。 ◆ 從LSI時代起，薄膜沉積技術正式引進半導體製程。到了1970年代初期，薄膜沉積技術更以CVD技術為中心急速發展，特別是利用薄膜沉積完成多層配線工程，CVD技術可算是新元件開發的重要關鍵。

應用在VLSI的薄膜種類

半導體元件中薄膜的應用

薄膜沉積的方法 ◆ 化學氣相沉積(CVD；Chemical Vapor Deposition) ◆ 物理氣相沉積(PVD；Physical Vapor Deposition) ◆塗佈法 ◆ 電鍍法

應用在VLSI的薄膜沉積方法

各種成膜方法與可能形成的薄膜

CVD薄膜沉積 ◆ CVD法形成膜的原理簡單示於下圖。 ◆ 將反應氣體A，B送入反應室後，於氣相中進行反應，也就是在表面或表面附近進行反應，形成膜C。 ◆ 進行這樣的反應，必須跨越A+B的活化能障礙，因此需要熱的推進力。在電漿放電中，可使活化能下降，而使A+B的反應容易進行，也相當於提供激發反應的能量。 ◆ 利用熱對流也就是熱輻射，使氣相反應在反應室內進行，但有時候會有中間反應，有時候直接進行最終反應。但不管怎樣，都希望最終反應於表面完成。 ◆ 表面的最終反應，將影響膜質、階梯式覆蓋率、微粒發生等情形。

CVD成膜原理

CVD法的分類

PVD薄膜沉積 ◆ PVD法沉積膜有三種方式：蒸鍍、濺鍍、離子方式。 ◆ 蒸鍍可分為電阻加熱和電子束加熱兩種加熱方式。現在的半導體製程中，幾乎都不用蒸鍍法，因此PVD法在元件製造上，只使用濺鍍法而已。 ◆ 濺鍍法是在高真空狀態下，利用氬離子撞擊靶產生的濺鍍現象，將靶材的原子擊出，使其沉積在基板上。 ◆ PVD成膜的原理如圖。

PVD成膜原理

PVD法的分類

濺鍍法介紹 ◆ 使用濺鍍法時，粒子無法到達很深的區域，因此技術有待改進。以下有兩種方式： • 利用準直管有效達到垂直成分的濺鍍，稱為準直管濺鍍。 • 拉長靶和基板之間的距離，使入射角變小，可使粒子到達較深的底部。 ◆最近採用ICP (Inductive Coupled Plasma) 等高密度電漿，將濺鍍粒子離子化，可垂直加速碰撞基板，增加到達底部附著量的方法。此方法稱為離子化濺鍍，也稱為I-PVD或IPD。

CVD和PVD之階梯式覆蓋率 ◆ PVD法即使提高底部覆蓋率，但側壁部位仍然無法解決。 ◆ CVD法則確實可達到無空隙埋入。

CVD和PVD階梯式覆蓋率改方式

CVD與PVD的比較

今後的展望 ◆ 在薄膜沉積技術中，原料(在CVD法為化合物，PVD的原料為靶材)的問題非常重要，主要在於其純度與操作的便利性。針對各種薄膜的形成，CVD與PVD之間的競爭，今後將會白熱化。

薄膜沉積技術

薄膜沉積技術

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