圆盘式(或垂直流)APCVD系统一直是小型制造线和研发实验室的热门选择(见下面的图中所示)。晶片被放置在一个旋转的石墨支架上,并通过下方的射频线圈进行感应-传导加热。反应气体通过一个管道从晶片上方排出。垂直气体流动的优势在于,可以持续向晶片提供新鲜的反应物,从而最小化下游的反应物消耗。旋转和垂直气体流动的结合产生了良好的薄膜均匀性。在小型系统中,生产率受到限制,与水平管系统一样,取决于圆盘可以容纳的晶片数量。
连续传导加热APCVD
一种水平传导加热的APCVD系统的特点是将气体在腔室外混合,并将它们喷洒到晶片上。在一个设计中,加热的热板晶片支架在一系列喷嘴下移动(见下面的图中所示),这些喷嘴释放出所需材料的蒸汽。另一种系统版本(见下面的图中所示)的晶片在传送带下移动,传送带下方是一个分配反应气体的气室。
水平传导加热APCVD
最早的一种CVD设计是水平传导加热APCVD系统(见下面的图中所示),用于沉积二氧化硅钝化层。晶片被安装在一个可拆卸的热板上,并放置在一个不锈钢腔室中。热板加热晶片和腔室壁(热壁系统)。反应气体被引入腔室。
低压化学气相沉积
在大气压CVD系统中,薄膜的均匀性和过程控制依赖于温度控制和系统内的流动动力学。影响薄膜均匀性和台阶覆盖的一个因素是反应腔中分子的平均自由程。平均自由程是指分子在腔室中移动时,与另一个物体(无论是另一个分子、晶片还是晶片支架)碰撞前的平均移动距离。碰撞会改变粒子的运动方向。平均自由程越长,薄膜沉积的均匀性越高。决定平均自由程长度的一个主要因素是系统内的压力。降低腔室内的压力可以增加平均自由程和薄膜均匀性。降低压力还可以降低沉积温度。
1974年,Unicorp公司在获得Motorola Inc.的许可后,推出了一种在几百毫托压力下运行的LPCVD系统,这些优势开始为行业所用。LPCVD系统的优点包括:
• 更低的化学反应温度
• 良好的台阶覆盖和均匀性
• 垂直装载晶片,提高生产率并减少颗粒暴露
• 对气体流动动力学的依赖性降低
• 减少气相反应颗粒形成的时间
• 可在标准管式炉中进行
需要在系统中添加真空泵,以降低腔室内的压力。关于与LPCVD系统一起使用的泵的类型,将在后面的章节中讨论。
水平传导-对流加热LPCVD
一种生产级LPCVD系统使用水平管式炉(见下面的图中所示),但有三个主要区别。管子连接到真空泵,将系统压力降低到0.25到2.0托的范围内。第二个变化是中心区域的温度梯度升高,以抵消沿管子方向的反应物消耗。第三个变化可能是气体入口端的特殊喷嘴,以改善气体混合和沉积均匀性。在某些系统中,喷嘴直接位于晶片上方。这种系统设计的缺点包括在内壁表面(热壁反应)形成的颗粒、沿管子轴向的均匀性问题、使用围绕晶片的笼子以最小化颗粒污染,以及因频繁清洁而需要的更高停机时间。