PECVD的基本定义和主要作用

文章来源：学习那些事

原文作者：新手求学

本文主要讲述PECVD。  

基本定义

PECVD（ Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ，等离子体增强化学气相沉积）是一种通过射频（ RF ）电源激发等离子体，在低温条件下实现薄膜沉积的半导体制造技术。其核心在于利用等离子体中的高能粒子（电子、离子、自由基）增强化学反应活性。

工作原理与设备组成

等离子体生成

通过 13.56 MHz 射频电源在反应腔室内形成电场，将工艺气体（如 SiH₄、 NH₃、 N₂O 等）电离为活性粒子。

典型功率范围： 40 kHz 至 2.45 GHz （微波段），能量密度可达 0.1-5 W/cm²。

反应机制

气体分子（如 SiH₄）在等离子体中被解离为活性基团。

基板温度通常控制在 200-400℃，显著低于传统 CVD 的 700-900℃。

设备核心模块

模块	功能描述
工艺腔室	配备独立温控模块（典型温度精度±1℃），气体反应场所
RF 电源系统	产生 13.56 MHz 射频场，电离气体形成等离子体
真空系统	干泵与分子泵组合，维持 0.1-10 Torr 真空环境
气体输送系统	多通道质量流量计（ MFC ）精确控制气体配比（精度±0.1 sccm ）

主要作用与技术优势

低温沉积能力

可在 300℃以下沉积氮化硅（ SiNₓ）、二氧化硅（ SiO₂）等薄膜，避免高温对金属互连层或敏感结构的损伤。

对比数据： LPCVD 沉积 Si₃N₄需 700-800℃，而 PECVD 仅需 300-400℃。

薄膜性能调控

通过调节射频功率（ 50-1000 W ）、气体比例（如 SiH₄/NH₃）、压力（ 1-5 Torr ）等参数，可控制薄膜应力（-1 GPa 至+1 GPa ）、折射率（ 1.8-2.1 ）、蚀刻速率等性能。

例如：提高 H₂流量可减少 SiNₓ薄膜的 H 含量，提升介电强度。

关键应用领域

半导体器件：栅极绝缘层（ SiNₓ）、钝化层（抗湿气与离子扩散）。

显示面板： TFT-LCD 中非晶硅（ a-Si:H ）通道层、透明电极（ ITO ）封装层。

MEMS 器件：低应力介质层沉积，支持三维结构加工。

技术演进方向

高密度等离子体（ HDP ） PECVD

采用电感耦合（ ICP ）或电子回旋共振（ ECR ）技术，等离子体密度提升至 10¹¹-10¹² cm⁻³，实现更优的间隙填充能力（深宽比>10:1 ）。

原子层沉积（ ALD ）集成

结合 PECVD 与 ALD 技术，实现亚纳米级薄膜均匀性（厚度偏差<1%），适用于 FinFET 等先进节点。