薄膜沉积工艺

信息来源： TIME：2025-4-7 浏览：

按工艺原理不同，薄膜沉积设备可分为 PVD、CVD 和 ALD。薄膜沉积是在基材上沉积一层纳米级的薄膜，再配合蚀刻和抛光等工艺的反复进行，就做出了很多堆叠起来的导电或绝缘层，而且每一层都具有设计好的线路图案。沉积薄膜材料包括二氧化硅、氮化硅、多晶硅等非金属以及铜等金属。薄膜沉积设备主要负责各个步骤当中的介质层与金属层的沉积，按工艺原理不同，可分为 CVD（（化学气相沉积）设备、PVD（（物理气相沉积）设备/电镀设备和 ALD（原子层沉积）设备。

1）PVD：在真空条件下采用物理方法将材料源（固体或液体）表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体），在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。PVD 镀膜技术主要分为三类：真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。PVD 技术生长机理简单，沉积速率高，但一般只适用于平面的膜层制备。

2）CVD：通过化学反应的方式，利用加热、等离子或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术，是一种通过气体混合的化学反应在基体表面沉积薄膜的工艺，可应用于绝缘薄膜、硬掩模层以及金属膜层的沉积。按照薄膜材料，CVD 分为介质化学气相沉积（DCVD）和金属化学气相沉积（MCVD）两大类。DCVD 主要包括等离子增强型化学气相沉积（PECVD）、次常压化学气相沉积（SACVD）、介质原子层沉积（DALD）等。MCVD 主要包括低压化学气相沉积（LPCVD）、有机金属化学气相沉积（MOCVD）和金属原子层沉积（MALD）等。

3)ALD：原子层沉积可以将物质以单原子膜形式一层一层地镀在基底表面。从原理上说，ALD 是通过化学反应得到生成物，但在沉积反应原理、沉积反应条件的要求和沉积层的质量上都与传统的 CVD 不同。相对于传统的沉积工艺而言，ALD 工艺具有自限制生长的特点，可精确控制薄膜的厚度，制备的薄膜具有均匀的厚度和优异的一致性，台阶覆盖率高，特别适合深槽结构中的薄膜生长。ALD 设备沉积的薄膜具有非常精确的膜厚控制和非常优越的台阶覆盖率，在 28nm 以下关键尺寸缩小的双曝光工艺方面取得了越来越广泛的应用，其沉积的 Spacer 材料的宽度决定了 Fin 的宽度，是制约逻辑芯片制程先进程度的核心因素之一，除此之外，ALD 设备在高 k 材料、金属栅、STI、BSI 等工艺中均存在大量应用，广泛应用于 CMOS 器件、存储芯片、TSV 封装等半导体制造领域。

CVD 领域 PECVD 设备占比较高，PVD 领域主要为溅射 PVD 设备。常压化学气相沉积（APCVD）是最早的 CVD 设备，结构简单、沉积速率高，广泛应用于工业生产中。低压化学气相沉积（LPCVD）是在 APCVD 的基础上发展起来的。等离子体增强化学气相沉积设备（PECVD）在从亚微米发展到 90nm 的 IC 制造技术过程中，扮演了重要的角色，由于等离子体的作用，化学反应温度明显降低，薄膜纯度得到提高，致密度得以加强，是当前应用最为广泛的 CVD 设备，在薄膜沉积设备中占比达 33%。次常压化学气相沉积（SACVD）主要应用于沟槽填充工艺。在 PVD 设备中，溅射设备占主要份额。

资料来源：源晶格半导体知识公众号

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