薄膜沉積工藝

信息來源： TIME：2025-4-7 瀏覽：

按工藝原理不同，薄膜沉積設備可分為 PVD、CVD 和 ALD。薄膜沉積是在基材上沉積一層納米級的薄膜，再配合蝕刻和拋光等工藝的反復進行，就做出了很多堆疊起來的導電或絕緣層，而且每一層都具有設計好的線路圖案。沉積薄膜材料包括二氧化硅、氮化硅、多晶硅等非金屬以及銅等金屬。薄膜沉積設備主要負責各個步驟當中的介質層與金屬層的沉積，按工藝原理不同，可分為 CVD（（化學氣相沉積）設備、PVD（（物理氣相沉積）設備/電鍍設備和 ALD（原子層沉積）設備。

1）PVD：在真空條件下采用物理方法將材料源（固體或液體）表面氣化成氣態原子或分子，或部分電離成離子，并通過低壓氣體（或等離子體），在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術。PVD 鍍膜技術主要分為三類：真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜。PVD 技術生長機理簡單，沉積速率高，但一般只適用于平面的膜層制備。

2）CVD：通過化學反應的方式，利用加熱、等離子或光輻射等各種能源，在反應器內使氣態或蒸汽狀態的化學物質在氣相或氣固界面上經化學反應形成固態沉積物的技術，是一種通過氣體混合的化學反應在基體表面沉積薄膜的工藝，可應用于絕緣薄膜、硬掩模層以及金屬膜層的沉積。按照薄膜材料，CVD 分為介質化學氣相沉積（DCVD）和金屬化學氣相沉積（MCVD）兩大類。DCVD 主要包括等離子增強型化學氣相沉積（PECVD）、次常壓化學氣相沉積（SACVD）、介質原子層沉積（DALD）等。MCVD 主要包括低壓化學氣相沉積（LPCVD）、有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）和金屬原子層沉積（MALD）等。

3)ALD：原子層沉積可以將物質以單原子膜形式一層一層地鍍在基底表面。從原理上說，ALD 是通過化學反應得到生成物，但在沉積反應原理、沉積反應條件的要求和沉積層的質量上都與傳統的 CVD 不同。相對于傳統的沉積工藝而言，ALD 工藝具有自限制生長的特點，可精確控制薄膜的厚度，制備的薄膜具有均勻的厚度和優異的一致性，臺階覆蓋率高，特別適合深槽結構中的薄膜生長。ALD 設備沉積的薄膜具有非常精確的膜厚控制和非常優越的臺階覆蓋率，在 28nm 以下關鍵尺寸縮小的雙曝光工藝方面取得了越來越廣泛的應用，其沉積的 Spacer 材料的寬度決定了 Fin 的寬度，是制約邏輯芯片制程先進程度的核心因素之一，除此之外，ALD 設備在高 k 材料、金屬柵、STI、BSI 等工藝中均存在大量應用，廣泛應用于 CMOS 器件、存儲芯片、TSV 封裝等半導體制造領域。

CVD 領域 PECVD 設備占比較高，PVD 領域主要為濺射 PVD 設備。常壓化學氣相沉積（APCVD）是最早的 CVD 設備，結構簡單、沉積速率高，廣泛應用于工業生產中。低壓化學氣相沉積（LPCVD）是在 APCVD 的基礎上發展起來的。等離子體增強化學氣相沉積設備（PECVD）在從亞微米發展到 90nm 的 IC 制造技術過程中，扮演了重要的角色，由于等離子體的作用，化學反應溫度明顯降低，薄膜純度得到提高，致密度得以加強，是當前應用最為廣泛的 CVD 設備，在薄膜沉積設備中占比達 33%。次常壓化學氣相沉積（SACVD）主要應用于溝槽填充工藝。在 PVD 設備中，濺射設備占主要份額。

資料來源：源晶格半導體知識公眾號

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