CVD与PVD的区别及比较

CVD与PVD的区别及比较

(一)选材： 化学蒸镀－装饰品、超硬合金、陶瓷 物理蒸镀－高温回火之工、模具钢 (二)蒸镀温度、时间及膜厚比较： 化学蒸镀－1000℃附近，2~8小时，1~30μm(通常5~10μm)物理蒸镀－400~600℃，1~3小时，1~10μm (三) 物性比较：化学蒸镀皮膜之结合性良好，较复杂之形状及小孔隙都能蒸镀；唯若用于工、模具钢，因其蒸镀温度高于钢料之回火温度，故蒸镀后需重施予淬火
－回火，不适用于具精密尺寸要求之工、模具。不需强度要求之装饰品、超硬合金、陶瓷等则无上述顾虑，故能适用。物理蒸镀皮膜之结合性较差，且背对金属蒸发源之处理组件会产生蒸镀不良现象；但其蒸镀温度可低于工、模具钢的高温回火温度，且其蒸镀后之变形甚微，故适用于经高温回火之精密工具、模具。
 (4) 半导体制程概要－离子布植 郑硕贤

4.1前言
在半导体组件工业中，常在半导体晶体中加入杂质以控制带电载子数目，来增加导电性。这种加入杂质的方法称为掺入杂质(Doping) 。
一般来说，掺入杂质的方法有两种：
 1. 化学蒸镀法
 2. 扩散法
 3. 离子布植法

其中1、3两项在微电子组件工业中已普遍使用，这两种方法虽简易实用，但却牺牲了完整晶型的要求。如化学蒸镀法在较低温度下进行，则蒸镀层常为非晶质或是多晶质。离子布植则造成许多表面有许多点缺陷，甚至使表面层变成非晶质；因此一般均须经一道恢复完整晶格的退火处理，使表面层能回复晶型的样子。
4.2原理
离子布植是将高能量带电粒子射入硅基晶中。离子进入硅靶材后，会和硅原子发生碰撞而逐渐损失能量；直到能量耗损殆尽，即停止在该深度。在与硅原子碰撞过程中，离子会传递部份能量给硅原子，若此能量大于硅和硅间的键结能量，则可使其产生位移而产生新的入射粒子；这新获得动能的粒子，也会与其它硅原子产生碰撞。这个连锁碰撞过程会随着不断进入的入射离子与碰撞所产生的移动粒子，因不断重新发生而继续进行，进而达到布植的效果。

 

4.3能量耗损机制
离子布植时离子能量的损耗，主要由两个机制产生：一个是离子被本身电子屏蔽后与靶材原子核间的弹性库伦作用，又称为原子核阻滞(Nuclear Stopping)；另一个是离子与靶材中之自由电子或被靶材原子束缚之电子间的非弹性交互作用，又称为电子阻滞(Electronic Stopping)。整个离子能量的损失是由这两个分量所组成，可以表示如下：
Stotal = Sn + Se Sn: 原子核阻滞, Se: 电子阻滞
在双球体碰撞散射(Two Body Scattering)过程中，能量的传递是和双粒子间的作用位能有关，在Born-Mayer作用位能下是下列之型式：
Subscript为1及2，分别代表离子与靶材原子，Z为原子序，M为原子量。当离子速度大于K层电子的速度，根据Born理论是下列之型式：
在高原子序、中低入射能量情况下，原子核阻滞为主要的能量损耗与阻挡机制。它是二粒子近距离的进行库伦力作用，可用双硬球体进行弹性碰撞来描述。而在低原子序、高入射能量的情况下，入射离子与硅靶材中的电子云产生远距作用，将能量损耗在将电子激发至高能上，电子阻滞即为此情况的主要阻挡机制。离子能量大速度快，电子阻滞也大，能量主要损耗在与靶材电子的作用上；当能量持续损耗，离子速度也减慢，使得离子受电子阻挡作用降低而能接近靶材的原子核，如此原子核阻挡的能力成为主要耗能机制。在离子布植过程中，只有在原子核阻滞为主要耗能机制时，才会造成靶材硅原子离开其晶格位置，而形成点缺陷或其聚合体，甚至失去晶体结构而产生非晶质结构。而当离子能量在电子阻挡为主要耗能机制时，并不会造成靶材硅原子位移，致使晶体结构有所缺陷。以下附图以便了解两种阻滞的差别：
图(三) 不同形式碰撞下，离子所行进之途径
4.4布植离子在靶材中的纵深分布
入射离子在植入靶材的过程中，经由多次碰撞将其所带之能量，陆续传递至硅靶材。所以总合整个离子布植时，能量传递是随深度而有所变化，这可由计算机的仿真而获得。若是比对最大能量吸收位置，可知并不和植入离子分布的离子浓度最大值的位置重迭，而是较接近表面。也就是说当布植剂量刚足够让硅靶材产生非晶质硅时，其起始位置即在此能量吸收最大值的位置，而不是离子浓度最大值的位置。而非晶质硅，即由此位置开始随剂量增加而向上下两个方向扩展，最后形成连续的非晶质硅层。利用此能量传递分布图，然后以横截面电子显微镜所量测实际布植硅中的非晶硅层厚度来校正时，即可获得形成非晶硅的临界起始能量传递值。之后可利用计算机仿真各项离子布植能量与剂量条件所获得的能量传递分布，搭配已获得的非晶硅的临界起始能量传递值来预测非晶硅层的厚度。
在非晶靶材的情况下，模拟布植后离子在靶材的分布，与实验的结果非常吻合。但是相对应于单晶靶材的情形下，实验的结果总是会显示在射程末端是一个指数递减的离子分布，这是无法由先前的分布函数
法来获得准确预测的。这个末端离子分布，是肇因于离子在晶体靶材内，沿着晶轴或是原子面间的空隙行进，降低其与靶材原子的核碰撞与电子云作用的机率，因而可以植入更深些，这也就是所谓的通道效应（Channeling）。当离子入射方向与晶轴相夹的角度小于某临界角度时，就会发生此一效应。临界角度Ψ与入射离子及靶材的关系可由下列的式子来显示︰
其中Z为原子序，E为入射能量，单位为keV，d为入射方向上靶材原子间的距离，单位为埃。
由上式可知，通道效应会随着离子的能量降低与原子序的增加而增加。但是当离子布植所产生的损伤程度增加时，则可降低离子穿隧的程度。

化学与半导体