时代芯存 半导体看科普系列——半导体工艺概述 薄膜工艺（CVD）

伴随网络时代的兴起，我们对芯片的认知不再陌生，小到日常生活中的手机，大到国防系统，处处都离不开芯片，而芯片究竟是什么呢？又是怎么制造的呢？简单来说，芯片就是把电路小型化的一种方式，其制造的过程就如同盖房子一样，先有晶圆作为地基，再通过一层层往上叠加的制造流程后，就可产出必要的 IC 芯片。而我们今天要介绍的CVD技术就是用化学沉积来实现薄膜叠加的一种方式。   

图1  IC芯片3D图

CVD技术的特点：

具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点。

CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等。

较为常见的CVD薄膜包括有：二氧化硅（通常直接称为氧化层）、氮化硅、多晶硅、难熔金属与这类金属之其硅化物等。

常用的CVD技术有：

(1) 常压化学气相淀积（APCVD）；

(2) 低压化学气相淀积（LPCVD）；

(3) 等离子增强化学气相淀积（PECVD）；

常压化学汽相淀积(APCVD) (Normal Pressure CVD)

常压化学气相淀积(APCVD)是指在大气压下进行的一种化学气相淀积的方法，这是化学气相淀积最初所采用的方法。这种工艺所需的系统简单，反应速度快，并且其淀积速率可超过1000埃/min，特别适于介质淀积，但是它的缺点是均匀性较差，所以，APCVD一般用在厚的介质淀积。

图2  常压化学气相淀积(APCVD)淀积过程示意图

低压化学汽相淀积(LPCVD)

随着半导体工艺特征尺寸的减小，对薄膜的均匀性要求及膜厚的误差要求不断提高，出现了低压化学气相淀积(LPCVD)。低压化学气相淀积是指系统工作在较低的压强下的一种化学气相淀积的方法。这种技术淀积出来的薄膜均匀性和台阶覆盖性较好，且具有较低的淀积速率和较高的淀积温度。LPCVD技术不仅用于制备硅外延层，还广泛用于各种无定形钝化膜及多晶硅薄膜的淀积，是一种重要的薄膜淀积技术。

图3  低压化学汽相淀积(LPCVD)淀积过程示意图

等离子增强化学汽相淀积(PECVD)

等离子体增强化学气相淀积(PECVD)是指采用高频等离子体驱动的一种气相淀积技术，是一种射频辉光放电的物理过程和化学反应相结合的技术。该气相淀积的方法可以在非常低的衬底温度下淀积薄膜，例如在铝(A1)上淀积Si02。工艺上等离子体增强化学气相淀积主要用于淀积绝缘层。

图4  等离子体增强化学气相淀积(PECVD)淀积过程示意图

原子层沉积（Atomic layer deposition)

原子层沉积是一种基于表面气象化学反应的薄膜沉积技术。由于微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的尺寸不断降低，而器件中的高宽比不断增加，这样所使用材料的厚度降低至几个纳米数量级以及要求较好的台阶覆盖能力，因此原子层沉积技术的优势就体现出来，如单原子层逐次沉积，沉积层极均匀的厚度和优异的均匀性，例如TaN ALD沉积。

图5  ALD原子层淀积过程示意图