【光电智造】芯片制造的薄膜沉积技术

薄膜沉积是指采用物理或化学方法在衬底材料上沉积一层待处理的薄膜材料，根据工作原理不同可分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）：

PVD是指利用物理方法，如真空蒸发、溅射镀膜等方式在晶圆表面形成薄膜。目前使用最广泛的是溅射镀膜，其在高度真空下，将稀有气体在外加电场作用下电离成离子，在高电压下轰击靶材，撞出靶材的分子或原子并使其抵达晶圆表面形成薄膜，主要应用于集成电路的电极和金属互联。根据Gartner数据，2020年PVD设备市场占比约为19%，随着集成电路集成度不断提高，多层金属布线的层数越来越多，PVD工艺的应用也将更为广泛。

CVD是指不同分压的多种气相状态反应物在一定温度和气压下发生化学反应，生成的固态物质沉积在衬底材料表面从而获得薄膜。根据Gartner数据，2020年CVD设备市场占比约为70%。

ALD是指通过单原子膜逐层生长的方式，将原子逐层沉淀在衬底材料上，反应过程中会周期性地在反应腔通入反应前驱物，形成周期性的薄膜沉积，因此拥有非常精准的膜厚控制和优越的台阶覆盖率，在28nm以下先进制程取得了越来越广泛的应用。根据Gartner数据，2020年ALD设备市场占比约为11%。

不同沉积工艺各有特长，应用场景有所不同。PVD技术生长机理简单，沉积速率高，一般适用于平面的膜层制备；CVD技术的重复性和台阶覆盖性比PVD略好，但是沉积速度稍慢，通常用于绝缘介质薄膜（如SiO2、SiON等）及金属薄膜（如W等）的生长；ALD技术沉积速率更为缓慢，但凭借其较好的台阶覆盖能力和沟槽填充均匀性，能良好适用于栅极侧墙介质的制备以及较大高宽比的通孔和沟槽中的薄膜制备。