CVD與PVD的差異:薄膜沉積方法比較

兩者都是在晶圓上形成薄膜的方法。化學氣相沉積(CVD)是讓氣體在晶圓表面起反應而形成薄膜。物理氣相沉積(PVD)的代表是濺鍍,從固態靶材將原子撞擊出來,不經化學反應就附著到晶圓上。絕緣膜或需要均勻覆蓋深結構時,一般選擇CVD;金屬膜則一般選擇PVD。

項目CVDPVD(濺鍍)
原理原料氣體在加熱或經電漿活化的晶圓表面發生化學反應從固態靶材以物理方式使原子飛出(例如用氬離子),凝結在晶圓上
主要材料氧化矽、氮化矽、多晶矽、鎢、low-k絕緣膜鋁、鈦、氮化鈦、鉭等金屬,以及銅的種子層
階梯覆蓋性良好。尤其LPCVD很好。ALD更佳因為是以直線前進的粒子成膜,難以覆蓋深溝或深孔(離子化PVD可改善)
溫度偏高。LPCVD約600〜800 ℃,電漿輔助CVD約200〜400 ℃偏低。從室溫到數百度
膜的純度可能殘留來自原料的氫、碳、氯高。由靶材的純度決定
環境常壓到低壓。使用反應性氣體高真空,使用惰性氣體的電漿
危險性必須謹慎處理有毒、可燃、腐蝕性的氣體(矽烷、WF6等),並進行除害危險的化學品較少,但要使用高真空與電漿的設備
主要用途層間絕緣膜、間隔層、多晶矽閘極、鎢插塞銅導線的阻障層與種子層、鋁的焊墊、接觸孔的金屬

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

CVD
需要絕緣膜,或想均勻覆蓋陡峭階梯的形狀時。
PVD
需要在低溫下形成純金屬膜時。例如銅電鍍的種子層。
組合
晶片兩者都會用到。以CVD形成絕緣層,在填入孔或溝之前,以PVD附上薄的金屬襯層。

常見問題

CVD與PVD的主要差異是什麼?

CVD是在晶圓上讓氣體起化學反應形成薄膜。PVD則如濺鍍般,從固態靶材以物理方式使原子飛出,附著到晶圓上。

為什麼CVD擅長覆蓋陡峭的階梯?

因為氣體分子能到達溝或孔的深處,在表面的每個地方起反應。PVD是直線前進成膜,因此難以覆蓋深而窄的形狀。

金屬導線要用哪一種?

兩者都用。PVD用於阻障層、種子層與鋁的焊墊,CVD用於製作鎢插塞。銅則在PVD種子層之上,以電鍍填入。

什麼是PECVD?

即電漿輔助CVD,利用電漿活化氣體,因此能在更低的溫度(約200〜400 ℃)下成膜。

相關名詞的解說

CVD(化學氣相沉積)
化學氣相沉積。利用原料氣體的化學反應,在晶圓上沉積薄膜的方法。
濺鍍
PVD的一種,使電漿中的離子撞擊靶材,將被撞出的原子沉積在晶圓上。
PECVD(電漿輔助化學氣相沉積)
以電漿分解原料氣體來沉積薄膜的CVD。可在比熱CVD更低的溫度下成膜,用於導線製程的絕緣膜等。
LPCVD(低壓化學氣相沉積)
在減壓下進行的熱CVD。由於氣體分子擴散較快,膜厚均勻性與階梯覆蓋率良好,且可在立式爐管中一次處理大量晶圓。用於多晶矽與氮化膜的成膜。
ALD(原子層沉積)
原子層沉積。重複前驅物氣體的自限性表面反應,以原子層為單位控制膜厚的成膜方法。

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