第二章 化學氣相沈積理論與製程分類
2.6 其它特殊目的的化學氣相沈積設備
除了前面章節提到，使用壓力、能量來源進行分類的化學氣相沈 積製程設備外，也有適用範圍固定，而針對特定目的的化學氣相沈積，
將於下一節中介紹。
2.6.1.光引發的化學氣相沈積(PHCVD)
光引發的化學氣相沈積(photo CVD, PHCVD)適合用於極低溫的沈 積製程，利用高能量、高強度的光子加熱基板表面或游離並激發氣相 反應物。，在室溫下以汞蒸氣為氣氛即可進行反應。沈積產物的缺陷 密度低，光源可以用紫外光源外也可使用雷射或紅外光燈。下列方程 式是以紫外光輻射沈積SiO2膜為例，說明光引發化學氣相沈積反應。
Hg(g)+hυ(253.7nm)→Hg*(g) (2-16) Hg*(g)+N2O(g)→Hg(g)+N2(g)+O(g) (2-17) SiH4(g)+2O(g)→SiO2(s)+2H2(g) (2-18) 上述光化學反應中Hg*表示Hg的高能量狀態、hν表示紫外光能量。
2.6.2.極高真空化學氣相沈積(UHV CVD)
極高真空化學氣相沈積(ultra high vacuum CVD, UHV CVD)是在 真空度達到 10-9托爾(torr)以上的條件下進行的化學氣相沈積，在使用 UHV CVD前先烘烤並以氫電漿洗滌，以達真空度要求。UHV CVD製程設 備常搭配二次離子質譜儀(SIMS)用以檢測雜質濃度，UHV CVD所產生的 產物可達到極高的品質，目前已收集的文獻資料顯示，此製程已應用 於薄膜電晶體(thin film transistor, TFT)和光導體(photo
conductor)等。
2.6.2.噴灑熱分解
噴灑熱分解(spray pyrolysis)可說是一種最簡單的化學氣相沈 積，適用於製造大面積元件，例如太陽能電池(solar cell)和抗反射 窗鍍膜(antireflective coating)。此製程的工作原理是利用壓縮空 氣，將要進行反應的液體擠壓噴灑於熱表面上，並在熱表面上進行反 應產生生成物，其簡單的示意圖如圖 2.8 所示，該製程的優點是成本
較低，應用面積廣，但缺點是均勻度不佳不易控制，且由於是液體故 與 IC 不相容。
圖 2.8 噴灑熱分解 CVD 示意圖 (參考資料：半導體製程設備)
2.6.3.金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)
金屬有機化學氣相沈積(metal organic CVD, MOCVD)製程與一般 CVD 的區別僅在於 MOCVD 在沈積過程中使用有機金屬化合物作為反應 物，使用有機金屬化合物的優點是這類化合物在較低的溫度即呈氣態 存在，可避免液態金屬蒸發的複雜過程。而且整個沈積過程僅涉及金 屬有機化合物的裂解反應，因而使沈積過程對溫度變化的敏感度較 低，重複性較好，MOCVD 主要應用於Ⅲ-Ⅴ族的金屬化合物或Ⅱ-Ⅵ族化 合物半導體材料的外延生長。MOCVD 製程的示意圖如圖 2.9 所示。
2.6.4.連續式與間歇式供應 CVD
傳統化學氣相沈積過程多半使用的是連續供應反應氣體的方式，
保持供應氣持續進入反應器中，並在反應器中持續進行薄膜沈積的反 應。在這樣持續供應反應物的方式下，可在反應器中置入多片的沈積 平面，亦即可增加單位時間內的產量，也是它主要的優點之一。但是
由反應氣體控制系統持續供應而進入反應器的反應物，也在沈積的過 程中不斷的由真空抽氣系統將氣體抽離反應器中。來不及進行化學反 應的反應物，也因此被消耗掉。連續式的 CVD 過程因此降低了反應物 的轉換效率(Conversion efficiency)。
間歇式(脈衝式)供應反應物的 CVD 過程，相對於連續供應式 CVD 而言，是一個較為新穎的製程，主要過程是利用間歇式供應反應物，
使得反應物一層層的在襯底上進行 CVD 反應。首先由氣體控制系統將 使反應物進入反應器，隨即關閉反應器入口，停止反應氣體供應，再 由抽氣系統將反應器壓力抽至初始狀態，在這個過程中 CVD 反應同時 在進行著，當反應器壓力達到初始狀態時，再進行第二次供應反應氣 體的動作。
這樣間歇式供應反應氣體的方式，可以減少尚未進行化學反應的 反應氣體被抽離的數量，也因為這個原因提高了脈衝壓製程的轉換效 率。間歇式供應反應氣體示意圖如圖 2.10 所示。
圖 2.9 MOCVD 示意圖 (參考資料：Handbook of CVD)
本論文研究對象「脈衝壓化學氣相沈時製程」於 Dr. Susan P.
Krumdieck 的研究發表中，已實際應用於 MOCVD 製程當中。
圖 2.10 PPCVD 反應器示意圖及間歇式供應反應物 CVD 示意圖 (參考資料：Dr. Susan’s Paper)
依照上述章節的分類方式，本論文研究對象—脈衝壓化學氣相沈 積設備，應屬於低壓化學氣相沈積，加上模擬條件的配合，還可將本 論文研究歸類於冷壁式低壓化學氣相沈積。依反應物供應方式還可分 類為間歇式(脈衝式)供應 CVD 製程。配合不同的能量供給源或是使用 目的還可另外再將之細分，但由於本論文模擬條件僅就溫度及壓力條 件進行操作，尚未進行化學反應等現象進行探討，故只適合分類為冷 壁式低壓化學氣相沈積的範疇。