半导体FAB中常见的五种CVD工艺

Hello,大家好，今天来分享下半导体FAB中常见的五种CVD工艺。

化学气相沉积（CVD）主要是通过利用气体混合的化学反应在硅片表面沉积一层固体膜的工艺。在 CVD 工艺过程中，化合物会进行充分混合以气相形式发生反应，使得原子或分子沉积在硅片衬底表面而形成薄膜，其主要的应用包括浅沟槽隔离层、金属前电介质层、金属层间电介质层和钝化保护层。CVD 主要分为常APCVD、LPCVD、PECVD，HDPCVD和ALD。

一.APCVD：常压 CVD

指的是在大气压作用下进行的一种化学气相淀积方法，此技术可高质量及稳定的量产大直径硅片，所需系统较为简单，是最初期应用的一种CVD技术。

优点：反应简单，沉积速度快，低温。

缺点：台阶覆盖能力差，有颗粒沾 污，低产出率。

应用：低温 SiO₂(掺杂或不掺杂)。

二.LPCVD：低压CVD 

这是基于APCVD 的基础发展而来的，低压CVD在市场中运用较为广泛，该技术拥有较低的使用成本，同时拥有更卓越的薄膜均匀性和沟槽覆盖填充能。

LPCVD反应流程图（来源Mksinst）

优点：高纯度和均匀性，一致的台阶覆盖能力，大硅片容量。

缺点：高温，低淀积速率，需要更多维护，要求真空系统支持。

应用：高温SiO₂，Si3N4,多晶硅， W,WSi2。

三&四.PECVD：等离子体增强 CVD,

HDPCVD：高密度等离子体 CVD 。

PECVD和HDPCVD都属于等离子体辅助 CVD ，主要指的是运用等离子体的能量和热能，更好的进行 CVD 沉积的所需化学反应。在CVD中使用等离子体好处是可在更低的工艺温度下在硅片上沉积具有优秀粘附能力的膜，该技术拥有更高的沉积速率和膜密度等。等离子体增强CVD在低压CVD的基础上发展，两者主要区别是离子体增强CVD发生反应的温度远远低于低压CVD反应温度。高密度等离子体CVD是新发展的一种CVD技术，其优点是可在较低温度下沉积出能够填充高深宽比间隙的薄膜，该技术主要用于制造高端IC。

等离子体辅助CVD中膜的形成（来源《半导体制造技术》）

优点：低温，快速淀积，好的台阶覆盖 能力和间隙填充能力。

缺点：要求 RF 系统，高成本，压力 远大于张力化学物质(如H₂)和 颗粒沾污。

应用：高的深宽比间隙的填充，金属上的低温SiO₂，ILD-1,ILD,为了双镶嵌结构的铜籽晶层，钝化层（Si3N4）。

五.ALD：原子层沉积

ALD是一种以单原子膜形式逐层沉积在基底上的镀膜方法，是化学气相沉积的一种特殊形式。

ALD的原理为气相前驱体脉冲交替通入反应器并在基底表面以单原子层的模式逐层成膜，反应步骤包括：

1）前驱体A进入反应室并吸 附在基体表面；

2）惰性气体冲洗反应室，将剩余的前驱体A清洗干净；

3）前驱体B进入反应室并吸附在基体表面，与前驱体A发生化 学反应，生成目标薄膜；

4）惰性气体冲洗反应室，将化学反应生成的副产物清除出反应室，完成一次原子层薄膜沉积。如此循环往 复，即可实现单位原子层级的薄膜沉积。

ALD原理示意图（来源微导纳米）

除了以上5中CVD技术，还衍生出了SACVD和MOCVD，这两个工艺和设备具有很大的潜力，SACVD的高压环境能缩小分子自由程，通过臭氧在高温下形成的高活性氧自由基增加分子间的碰撞，实现优秀的填孔能力。MOCVD主要适用于制造第三代半导体材料，例如GaNg，下次再介绍吧。