CVD 鍍膜技術

化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一種用來產生純度高、性能好的固態材料的化學技術。半導體產業或光電產業使用此技術來沉積不同晶形的材料（單晶、多晶、非晶及磊晶），而所沈積的材料則涵蓋鑽石、類鑽碳（Diamond-like carbon，DLC）、矽、碳纖維、碳奈米纖維、奈米線、奈米碳管、SiO2、矽鍺、鎢、矽碳、氮化矽、氮氧化矽及各種不同的 high-k 材料。典型的化學氣相沉積製程是將基板暴露在一種或多種不同的前驅物下，在基底表面發生化學反應或及化學分解來產生待沉積的薄膜。反應過程中通常也會產生許多不同的副產品，但大多會隨著氣流被帶走，而不會留在反應腔中。總的來說，只要原料可轉變為蒸氣，幾乎所有種類的膜都可形成。CVD又可延伸出幾種不同的方式，以下將依序介紹。

原子層沈積（ALD）

ALD是一種可以將物質以單原子層的形式逐次沈積的技術，又可分為：一、化學性氣體於腔體內化合後沈積於基材表面；二、直接於基材表面進行反應來將薄膜一層一層地累積起來。以後者直接在基版上成長的技術來說，其強處在於利用製程氣體無所不在的特性與材料表面進行化學吸附反應，由於這種反應具有「自我侷限」(self-limited) 特性，使得每一次進氣循環的過程（詳上圖）可形成厚度近乎一層原子的薄膜，若妥善利用此項特性可以將膜厚精確地控制在原子級 (約1/10奈米) 尺度。相較於傳統薄膜製程，ALD 技術形成的薄膜，由於其成長過程被侷限在材料表面，因此薄膜具高階梯覆蓋率及極佳的厚度均勻性。

ALD技術優點

傳統上，半導體廠是以物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition, PVD）或化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition, CVD）在溝槽結構上製作電容層，但是當溝槽深寬比達 7:1 時，PVD 與 CVD 兩種方法在溝槽開口處沉積電容物質較快，而溝槽底部較慢，導致溝槽底部的階梯覆蓋率 (step coverage) 不佳進而造成元件失效。然而ALD卻可以在高深寬比的溝槽上製作出階梯覆蓋率極佳的薄膜，這個特色讓ALD特別適用於複雜的 DRAM 電容結構與微機電元件之類的精密應用上。

ALD 除了具備高階梯覆蓋率的優點外，亦有著大面積、膜厚均勻度高、低溫製程及原子級膜厚控制等優點，因此可用於超薄高介電材料鍍膜、半導體奈米製程技術之銅擴散阻絕層（氮化鉭阻障層，TaN barrier layer）外，也可透過本技術來處理微小的電路結構。

ALD技術限制

由於ALD是在原子級的尺度進行度膜，每鍍一層都需要一個完整的進氣循環，因此最大的技術限制就是鍍膜速度慢，但由於 ALD 可處理大面積的優點，因此批次產量尚可維持在一定水準。此外，特定前驅物（金屬、Si、SiO2、Si3N4以及多種三元暨多元化合物等等）的成本相當高，因此讓此技術無法普及。

射頻電漿化學沈積（PECVD）

電漿輔助化學氣相沈積（PECVD）是CVD技術中的一種，其沈積原理與一般CVD並沒有太大差異。PECVD是使用電漿中化學活性較高的離子與自由基等高能物種來增強化學反應，此外由於基板表面受到離子撞擊，因此化學活性也會跟著提高，這兩個因素都會使得沈積反應的溫度得以降低，並同時得到較高的沈積速率。

PECVD的系統架構是在二個電極板間施加一個射頻電壓，此射頻電壓會將位於二個電極之間的氣體解離進而產生電漿，正如前所述，此電漿態的氣體有助於發生化學反應，使電漿化後的材料易沉積於基板上。此技術初期用於絕緣介質薄膜的低溫沈積，但在1980年代末期隨著面板產業的興起，PEVCD成為TFT-LCD主要的應用技術，後續將此技術也多應用於提昇多晶矽太陽能電池效率的提升（減少可見光的反射以及鈍化表面）、半導體薄膜元件製作或OLED元件之薄膜封裝（阻斷水氣與氧氣進入元件內部）等。

微波電漿化學沈積（MPCVD）

MPCVD （Microwave Plasma CVD）微波電漿是材料薄膜沉積、微細加工和材料表面改質的一種重要技術。一般電漿的生成，是用電場讓氣體解離產生電子與離子，當這些電子受射頻（radio frequency，RF）或微波（microwave，MW）等電磁場進一步加速後並碰撞氣體，便會產生就會更多離子與電子，連續引發上述作法到系統內物種的產生與損耗達平衡時，就可以產生穩定的電漿。透過放電現象所產生的低溫非平衡態電漿，裡面除了有少量離子與電子外，還包括激態、暫態與自由基等高反應性物種，藉由運用這些高能物種，可以用來獲得基態反應物種所不易達成的反應，而這個優點可應用來進行低溫狀態下基材的電漿化學氣相薄膜沉積和電漿蝕刻等工藝製程。由於微波可以給予比射頻更大的能量，因此在氣體解離過程中所產生電子與離子的密度遠高於射頻，所得到的電漿密度自然也更高，理論上應用在上述製程時也更有效率。

在使用微波的狀態下，電漿源若採電子迴轉共振式設計（ECR），系統內的電子與離子將因額外施加磁場的關係，而在加速過程中獲得更高能量，可大幅增加電漿密度，同時也可擴大電漿源處理面積。隨著各式ECR微波電漿與新一代微波電源的推陳出新，微波電漿技術已經提高到一個嶄新應用的境界，在大尺寸的半導體元件製程、光電材料及高分子材料表面改質中扮演極重要之角色。

MPCVD在鑽石鍍膜之應用

由於鑽石具備有許多優異的性質，如高硬度、高熱傳導率、高速電子電洞移動率、耐腐蝕、高耐磨性、高透光性、抗輻射、高化學惰性等性質，因而在各方面都有極大的應用潛力，目前已廣泛應用在光電元件、生物科技、機械、航空等領域。綜觀學術界與產業在製備鑽石薄膜的主要技術，大多是使用微波電漿化學氣相沈積法（MPCVD），目前已經有許多利用MWCVD法在矽、碳化矽、碳化鎢、石英等許多非鑽石基材上，成長出鑽石膜的相關報告，儼然 MPCVD 已成為鑽石鍍膜之優先考量技術。