【正文】 (c)是桶式反應(yīng)器 。 ? 三種裝置不僅可以用于硅外延生長 ， 也較廣泛的用于 GaAs，AsPAs， GeSi合金和 SiC等其它外延層生長；還可用于氧化硅 、 氮化硅；多晶硅基金屬等薄膜的沉積 。 ? 由圖 ，（ a） 裝置 3～ 4片襯底 ， (b)的裝置中可以放 6～ 18 片 /次 。 (c)的裝置可以放置 24～ 30片 /次 。 但是這樣的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了集成電路迅速發(fā)展的需要 。 圖 49 (a) 臥式反應(yīng)器 圖 49 (b)立式反應(yīng)器 圖 49 (c) 桶式反應(yīng)器 (2) 熱壁 LPCVD裝置 ? 圖 LPCVD裝置及相應(yīng)工藝的出現(xiàn)，在 20世紀(jì) 70年代末被譽(yù)為集成電路制造工藝中的一項(xiàng)重大突破性進(jìn)展。 ? LPCVD反應(yīng)器本身是以退火后的石英所構(gòu)成，環(huán)繞石英制爐管外圍的是一組用來對爐管進(jìn)行加熱的裝置，因?yàn)榉譃槿齻€(gè)部分，所以稱為“三區(qū)加熱器”。 ? 氣體通常從爐管的前端，與距離爐門不遠(yuǎn)處，送入爐管內(nèi)（當(dāng)然也有其他不同的設(shè)計(jì)方法）。被沉積的基片，則置于同樣以適應(yīng)所制成的晶舟上，并隨著晶舟，放入爐管的適當(dāng)位置，以便進(jìn)行沉積。沉積反應(yīng)所剩下的廢氣，則經(jīng)由真空系統(tǒng)而從 CVD設(shè)備里被排出。 圖 熱壁 LPCVD裝置示意圖 ? 圖 LPCVD采用直立插片增加了硅片容量 。 由于通常只要求在硅片上單面沉積薄膜 ， 所以每一格可以背靠背地安插兩片硅片 。 ? 如果每格的片間距為 5mm， 那么在 600mm長的反應(yīng)區(qū)就能放置 200片 。 低壓下沉積氣體分子的平均自由徑比常壓下大得多 ， 相應(yīng)的分子擴(kuò)散的速率也大得多 。 ? 由于氣體分子輸送過程大大加快 ， 雖然氣流方向與硅片垂直 ， 反應(yīng)的氣體分子仍能迅速擴(kuò)散到硅片表面兒得到均勻的沉積層 。 ? 在現(xiàn)代化的大規(guī)模集成電路工藝?yán)?。 以熱壁 LPCVD進(jìn)行沉積的材料 、 主要有多晶硅 、 二氧化硅及氮化硅等 。 ? 工藝所控制的溫度 ， 大約在 400～ 850℃ 左右 。 壓力則在數(shù)個(gè) Torr到 。 ? 因?yàn)檫@種 CVD的整個(gè)反應(yīng)室都在反應(yīng)溫度下 ， 因此管壁也會(huì)有對等的沉積 ， 所以爐管必須定期加以清洗 。 (3) 等離子體增強(qiáng) CVD裝置 ? 等離子體增強(qiáng) CVD裝置通過等離子增強(qiáng)使 CVD技術(shù)的沉積溫度下降幾百度，甚至有時(shí)可以在室溫的襯底上得到 CVD薄膜。圖 (PECVD)裝置。 圖 相沉積（ PECVD） 圖 (a)是一種最簡單的電感耦合產(chǎn)生等離子的 PECVD裝置，可以在實(shí)驗(yàn)室中使用 。 圖 (b)是一種平行板結(jié)構(gòu)裝置 。 襯底放在具有溫控裝置的下面平板上 ，壓 強(qiáng) 通 常 保 持 在133Pa左右 ， 射頻電壓加在上下平行板之間 ， 于是在上下平板間就會(huì)出現(xiàn)電容耦合式的氣體放電 ， 并產(chǎn)生等離子體 。 圖 （ PECVD） 圖 (c)是一種擴(kuò)散爐內(nèi)放置若干平行板 、 由電容式放電產(chǎn)生等等離子體的 PECVD裝置 。 它的設(shè)計(jì)主要是為了配合工廠生產(chǎn)的需要 ， 增加爐產(chǎn)量 。 在 PECVD工藝中 ， 由于等離子體中高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊到中性的反應(yīng)氣體分子 ， 就會(huì)使中性反應(yīng)氣體分子變成碎片或處于激活的狀態(tài)容易發(fā)生反應(yīng) 。 襯底溫度通常保持 350℃ 在左右就可以得到良好的SiOx或 SiNx薄膜 ， 可以作為集成電路最后的鈍化保護(hù)層 ，提高集成電路的可靠性 。 圖 幾種等離子體化學(xué)氣相沉積（ PECVD） ? 為了降低反應(yīng)所需要的溫度，以達(dá)到降低工藝熱預(yù)算的目的， PECVD在 CVD工藝?yán)锼嫉姆至浚阎饾u成為主要的薄膜沉積手段之一 .現(xiàn)在在大規(guī)模集成電路工藝上所用的 PECVD反應(yīng)器，大都也是采用每次只處理一片基片的“單一基片式”的設(shè)計(jì)，以確保基片表面沉積的均勻性得以控制在理想的范圍之內(nèi)。 (4) MOCVD裝置 ? 一般而言 MOCVD設(shè)備由四部分組成，及反應(yīng)室、氣體管道系統(tǒng)、尾氣處理和電氣控制系統(tǒng)。 ? 該設(shè)備一般采用一爐多片的生長模式，常用的 MOCVD系統(tǒng)分為兩類；立式與臥式： ? 在常規(guī)的立式設(shè)備中樣品是水平放置的，并且可以旋轉(zhuǎn)，反應(yīng)氣體由生長室的頂部垂直于樣品進(jìn)入生長室； ? 在常規(guī)的臥式設(shè)備中，反應(yīng)氣體則平行于樣品表面能進(jìn)入生長室，垂直于樣品方向沒有氣體進(jìn)入。 圖 MOCVD裝置（豎式反應(yīng)室） ? MOCVD設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)主要有三個(gè)方面： ? 獲得大面積和高均勻性的薄膜材料； ? 盡量減少管道系統(tǒng)的死角和縮短氣體通斷的間隔時(shí)間 ，以生長超薄層和超晶格結(jié)構(gòu)材料； ? 把 MOCVD設(shè)備設(shè)計(jì)成具有多用性 、 靈活性和操作可變性的設(shè)備 ， 以適應(yīng)多方面的要求 。 (5) 履帶式常壓 CVD裝置 ? 為了適應(yīng)集成電路的規(guī)模化生產(chǎn)，同時(shí)利用硅烷（ SiH4）、磷烷（ PH3）和氧在 400℃ 時(shí)會(huì)很快反應(yīng)生成磷硅玻璃 (SiO2xP2O5復(fù)合物 )，就設(shè)計(jì)了如圖 4.13所示的履帶式裝置，襯底硅片放在保持 400℃ 的履帶上，經(jīng)過氣流下方時(shí)就被一層 CVD薄膜所覆蓋。用這一裝置也可以生長低溫氧化硅薄膜等。 圖 履帶式常壓 CVD裝置 (6) 模塊式多室 CVD裝置 ? 制造集成電路的硅片上往往需要沉積多層薄膜，例如沉積 Si3N4和 SiO2兩層膜或沉積 TiN和金屬鎢薄膜。以往的裝置一般為單式批量，即，只有一個(gè)反應(yīng)室，每批處理單片或多片，裝卸基片時(shí)反應(yīng)室暴露，大氣成分吸附在反應(yīng)室內(nèi)壁和室內(nèi)零部件表面你，將對工藝過程產(chǎn)生不良影響。 ? 為了解決這些問題，多室 CVD裝置應(yīng)運(yùn)而生，這種模塊式的沉積反應(yīng)可以拼裝組合，分別在不同的反應(yīng)室中沉積不同的薄膜，見圖 。各個(gè)反應(yīng)器之間相互隔離利用機(jī)器手在低壓或真空中傳遞襯底硅片。因此可以一次連續(xù)完成數(shù)種不同的薄膜沉積工作，可以把普通的 CVD和 PECVD組合在一起，也可以把沉積和干法刻蝕工藝組合在一起 。 圖 模塊式 CVD裝置 6) 桶罐式 CVD反應(yīng)裝置 ? 對于硬質(zhì)合金刀具的表面涂層常采用這一類裝置，見圖 ，氣體自上而下流過，它的優(yōu)點(diǎn)是與合金刀具襯底的形狀關(guān)系不大，各類刀具都可以同時(shí)沉積，而且容器很大，一次就可以裝上千的數(shù)量 。 圖 桶罐式 CVD裝置 、工藝參數(shù)及過程控制 ? 化學(xué)氣相沉積 (CVD)是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù)，包括大范圍的絕緣材料，大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。 CVD從理論上很簡單，實(shí)際上，反應(yīng)室中的反應(yīng)是很復(fù)雜的，有很多必須考慮的因素，沉積參數(shù)的變化范圍是很寬的。 ? 反應(yīng)室內(nèi)的壓力 ? 晶片的溫度 ? 氣體的流動(dòng)速率 ? 氣體通過晶片的路程 ? 氣體的化學(xué)成份 ? 一種氣體相對于另一種氣體的比率 ? 反應(yīng)的中間產(chǎn)品起的作用 ? 是否需要其它反應(yīng)室外的外部能量來源加速或誘發(fā)想得到的反應(yīng) ? 沉積薄膜中的變數(shù)： ? 在整個(gè)晶片內(nèi)厚度的均勻性和在圖形上的覆蓋特性（后者指跨圖形臺(tái)階的覆蓋） ? 薄膜的化學(xué)配比（化學(xué)成份和分布狀態(tài)） ? 結(jié)晶晶向和缺陷密度等。 ? 沉積速率也是一個(gè)重要的因素，因?yàn)樗鼪Q定著反應(yīng)室的產(chǎn)出量 ,高的沉積速率常常要和薄膜的高質(zhì)量折中考慮。反應(yīng)生成的膜不僅會(huì)沉積在晶片上，也會(huì)沉積在反應(yīng)室的其他部件上，對反應(yīng)室進(jìn)行清洗的次數(shù)和徹底程度也是很重要的。 ? 化學(xué)家和物理學(xué)家花大量時(shí)間研究如何制得高質(zhì)量的材料，總結(jié)出了了影響化學(xué)氣相沉積制備材料質(zhì)量的幾個(gè)主要因素： ? (1) 反應(yīng)混合物的供應(yīng) ? 毫無疑問 ， 對于任何沉積體系 ， 反應(yīng)混合物的供應(yīng)是決定材料質(zhì)量的最重要因素之一 。 在材料研制過程中 ，總要通過實(shí)驗(yàn)選擇最佳反應(yīng)物分壓及其相對比例 。 ? (2) 沉積溫度 ? 沉積溫度是最主要的工藝條件之一 。 溫度直接影響反應(yīng)系統(tǒng)的自由能 ， 決定反應(yīng)進(jìn)行的程度和方向 ， 不同沉積溫度對涂層的顯微結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成有直接的影響 。 由于沉積機(jī)制的不同 ， 它對沉積物質(zhì)量影響因素的程度也不同 。 同一反應(yīng)體系在不同溫度下 ， 沉積物可以是單晶 、多晶 、 無定形物 ， 甚至根本不發(fā)生沉積 。 ? (3) 襯底材料 ? 化學(xué)氣相沉積法制備無機(jī)薄膜材料，都是在一種固態(tài)基體表面（基底）上進(jìn)行的。對沉積層質(zhì)量來說，基體材料是一個(gè)十分關(guān)鍵的影響因素。涂層能與基體之間有過渡層或基體與涂層線性膨脹系數(shù)差異相對較小時(shí)，涂層與基體結(jié)合牢固。 ? (4) 系統(tǒng)內(nèi)總壓和氣體總流速 ? 這一因素在封管系統(tǒng)中往往起著重要作用 。 它直接影響輸運(yùn)速率 ， 由此波及生長層的質(zhì)量 。 開管系統(tǒng)一般在常壓下進(jìn)行 ， 很少考慮總壓力的影響 ， 但也有少數(shù)情況下是在加壓或減壓下進(jìn)行的 。 在真空 （ 一至幾百帕 ） 沉積工作日益增多的情況下 ， 他往往會(huì)改善沉積層的均勻性和附著性等 。 ? (5) 反應(yīng)系統(tǒng)裝置的因素 反應(yīng)系統(tǒng)的密封性 、 反應(yīng)管和氣體管道的材料以及反應(yīng)管的結(jié)構(gòu)形式對產(chǎn)品質(zhì)量也有不可忽視的影響 。 ? (6) 源材料的純度 大量事實(shí)表明 ， 器件質(zhì)量不合格往往是由于材料問題 ， 而材料質(zhì)量又往往與源材料 （ 包括載氣 ） 的純度有關(guān) 。