化學(xué)氣相沉積( Chemical Vapor Deposition,CVD),顧名思義就是利用氣態(tài)先驅(qū)反應(yīng)物，通過原子、分子間化學(xué)反應(yīng)的途徑來生成固態(tài)薄膜的技術(shù)。與 PVD 不同，CVD 過程大多是在較高的壓力(較低的真空度)環(huán)境下進(jìn)行的，較高的壓力主要是為了提高薄膜的沉積速率?；瘜W(xué)氣相沉積按照沉積過程中是否有等離子體參與，可分為一般 CVD(也稱為熱 CVD)和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(Plasma-Enhanced chemical Vapor Deposition,PECVD)。本文主要介紹 PECVD 技術(shù)包括 PECVD 過程和常用的 PECVD 設(shè)備及工作原理。

  等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積是在低壓化學(xué)氣相沉積過程進(jìn)行的同時(shí)，利用輝光放電等離子體對沉積過程施加影響的薄膜化學(xué)氣相沉積技術(shù)。從這個(gè)意義上講，傳統(tǒng)的 CVD技術(shù)依賴于較高的基底溫度實(shí)現(xiàn)氣相物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)與薄膜的沉積,因而可以稱為熱 CVD技術(shù)。

  在 PECVD 裝置中,工作氣壓約為5~500Pa,電子和離子的密度一般可以達(dá)到 109~1012個(gè)/cm3，而電子的平均能量可達(dá) 1~10eV。PECVD 方法區(qū)別于其他 CVD 方法的特點(diǎn)在于等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學(xué)氣相沉積過程所需要的激活能。電子和氣相分子的碰撞可以促進(jìn)氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學(xué)基團(tuán)，從而顯著降低 CVD 薄膜沉積的溫度范圍,使得原來需要在高溫下才能進(jìn)行的 CVD 過程得以在低溫實(shí)現(xiàn)。低溫薄膜沉積的好處是可以避免薄膜與基底間發(fā)生不必要的擴(kuò)散與化學(xué)反應(yīng)、薄膜或基底材料的結(jié)構(gòu)變化與性能惡化、薄膜與基底中出現(xiàn)較大的熱應(yīng)力等。

大多數(shù)化學(xué)元素可以通過與化學(xué)基團(tuán)結(jié)合而被汽化,例如Si與日反應(yīng)形成SiH4，而AI與CH3結(jié)合形成 AI(CH3)3，等。在熱 CVD 過程中,上述氣體在通過加熱的基底時(shí),吸收一定的熱能而形成活性基團(tuán),如CH3和 AL(CH3)2等。其后,它們相互結(jié)合而沉積為薄膜。而在 PECVD 的場合下,等離子體中電子、高能粒子與氣相分子的碰撞將提供形成這些活性化學(xué)基團(tuán)所需要的激活能。PECVD的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)和傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積相比,工藝溫度更低,這主要是由于等離子體激活反應(yīng)粒子代替了傳統(tǒng)的加熱激活；

(2)和傳統(tǒng) CVD 相同,膜層的繞鍍性好;

(3)膜層的成分在很大程度上可以任意控制,容易獲得多層膜;

(4)通過高/低頻混合技術(shù)可以控制薄膜應(yīng)力。