薄膜淀积技术及其应用

就薄膜淀积的性质而言可分为气相与液相两大类。气相淀积分有化学薄膜淀积方法（chemical vapor deposition，CVD）与物理气相淀积（physical vapor deposition，PVD）（见图5-22），液相淀积包括旋涂（Coating）和电镀（Electropolating），集成电路制造主要以气相淀积为主。图5-22示意了PVD和CVD的基本技术原理。CVD产生的薄膜是通过化学反应产生淀积物，然后淀积在衬底或基片表面。而PVD则是把固态源材料进行气化激发，然后直接把激发后的气态淀积物淀积在衬底表面。CVD和PVD在所要淀积材料的种类、精度和生产效率上各有其不同的特色，而各种技术飞快发展成为集成电路产生发展的巨大推动力。在集成电路产业的推动下，薄膜淀积技术（thin film deposition）在20世纪下半叶，在技术方法、材料表征、产出、控制精度、应用广度等各个方面都有了长足的进展。

图5-22　气相淀积基本技术原理

（a）PVD（b）CVD

物理气相淀积PVD与化学薄膜淀积方法CVD。PVD使用加速离子将金属原子从靶材上轰击出来，然后淀积在基体表面；CVD则是利用化学反应产生淀积的材质，并淀积在基体表面。

CVD和PVD过程大致可以分为四个步骤：①靶源、靶材或镀料（可以是固态、液态和气态源）的气化；②输运与加速过程（热运动、离子体、电磁效应等）；③薄膜淀积；④质量表征。

图5-23示出了薄膜淀积的四个主要过程，这里列出了技术词汇对应的英文，以便于和国外的文献相对应和适应集成电路工业和企业的需要。

图5-23　薄膜淀积的基本过程

注：源的激发和产生（source）、输运（transport）、薄膜淀积（deposition）、表征分析（analysis）。(www.xing528.com)

根据所要淀积材料的种类、精度和生产效率等各类要求，化学薄膜淀积方法CVD与物理气相淀积PVD里又衍生出很多的技术方法。如CVD是利用气态靶材通过各类化学反应析出金属、氧化物、碳化物等淀积材料并淀积在衬底之上形成薄膜，但是在制备过程中常涉及环境气压、温度，等离子体辅助等外界因素参与气相反应过程，从而形成不同的CVD工艺，如PECVD、LPCVD等。而物理PVD方法则利用高能粒子离化靶材，并利用各类物理手段（电、磁、离子辅助等）将离化的靶材材质淀积到衬底表面。离化的方法则主要包括真空蒸发、磁控和离子溅射技术，如IBAD、MBD等。各类不同的薄膜淀积方法适合不同的需要和场合。图5-24概括了薄膜淀积的这些方法、特点和适用的薄膜种类与类型。

表征薄膜有一系列的参数和指标，此外，在集成电路工业生产过程中，不仅要考虑薄膜满足集成电路的器件与电路功能要求，也必须考虑它的生产性、生产质量和生产效率。表5-2示出了几个典型的薄膜淀积方法和常用的表征参数、相关指标的比较，这里列出了对应的英文，以便于和国外的文献相对应和适应集成电路工业和企业的需要。

表5-2　集成电路常用薄膜淀积方法CVD，PVD的表征参数与比较

（续表）

注：厚度（thickness），均匀度（uniformity），光滑度（smooth ness），阶梯覆盖（step coverage），针孔度（pinholes），密度（film density），衬底淀积温度（substrate temperature），等离子对衬底的损伤（plasma damage），淀积速率（deposition rate）。

图5-24　集成电路生产常用的薄膜淀积方法

注：主要英文缩写：CVD=chemical vapor peposition，化学气相淀积；PVD=physical vapor deposition，物理气相淀积，ALD=Atomic Layer Deposition，原子层淀积；sputtering：溅射；evaporation：蒸发；LPCVD=low pressure chemical vapor peposition，PECVD=plasma enhanced chemical vapor deposition；BPSG=boron phosphor silicate glass，SOG=spin on glass coating，ILD=Inter layer dielectric.。