PECVD技术：利用等离子体增强化学气相淀积

等离子体增强化学气相淀积又称为等离子体辅助CVD，也称浆辅助化学气相淀积，是在传统CVD基础上发展起来的一种新的制膜技术。它是借助于外部电场的作用引起放电，使前驱气体成为等离子体状态，等离子体激活前驱期体发生化学反应，从而在衬底上生长薄膜的方法，特别适用于功能材料薄膜和化合物膜的合成，并显示出许多优点。相对于热激化CVD、真空和溅射镀膜而言，该方法利用等离子中的电子动能来激发化学气相反应，等离子增强化学气相淀积技术PECVD是plasma enhanced CVD的英文缩写。其系统使用电浆的辅助能量，使得淀积反应的温度得以降低，PECVD将淀积温度从1000℃降低到600℃以下，最低的只有300℃左右。

1.PECVD技术的特点

（1）实现了薄膜淀积工艺的低温化。一些按热平衡理论不能发生的反应和不能获得的物质结构，在PECVD系统中将可能发生。例如体积分数为1%的甲烷在H2中的混合物热解时，在热平衡的CVD中得到的是石墨薄膜，而在非平衡的等离子体化学气相淀积中可以得到金刚石薄膜。可以预料，PECVD系统中将可能获得的准稳结构将赋予薄膜以独特的特性。

（2）可用于生长界面陡峭的多层结构。在PECVD的低温淀积条件下，如果没有等离子体，淀积反应几乎不会发生。而一旦有等离子体存在，淀积反应就能以适当的速度进行。这样一来，可以把等离子体作为淀积反应的开关，用于开始和停止淀积反应。由于等离子体开关的反应时间相当于气体分子的碰撞时间，因此利用PECVD技术可生长界面陡峭的多层结构。

（3）可以提高淀积速率，增加均匀性。这是因为在多数PECVD的情况下，体系压力较低，增强了前驱气体和气态副产物穿过边界层在平流层和衬底表面之间的质量输运。

（4）等离子体轰击的负面影响是对衬底材料和薄膜材料造成离子轰击损伤。在PECVD过程中，相对于等离子体电位而言，衬底电位通常为负，这势必招致等离子体中的正离子被电场加速后轰击衬底，导致衬底损伤和薄膜缺陷。

另外，PECVD反应是非选择性的。等离子体中点在的能量分布范围很宽，除电子碰撞外，在粒子碰撞作用和放电时产生的射线作用下也可产生新粒子，因此PECVD装置一般来讲比较复杂，价格也较高。

2.PECVD装置(www.xing528.com)

PECVD借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上淀积出所期望的薄膜。有电感和电容两种激发等离子体的方式。PECVD可以利用电感耦合或RF电容放电结构装置（见图5-30，图5-31）产生等离子体，射频（RF）电压可以加在上下平行板之间，于是在上下平板间就会出现电容耦合式的气体放电，并产生等离子体。借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体。而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上淀积出所期望的薄膜。

图5-30　电感耦合PECVD结构示意图

注：围在周边的RF线圈使气体离化，在局部形成等离子体，在基片上淀积出所期望的薄膜。

图5-31　电容放电型PECVD结构示意图

注：图中淀积室通常是由上下的两块铝制电极板，以及铝或玻璃的腔壁所构成的；芯片则是放置于下面的电极基板之上。电极基板则是由电阻丝或灯泡加热至100～400℃之间的温度范围。当在两个电极板间外加一个13.56 MHz的『射频』（radio frequency，缩写RF）电压时，在两个电极之间会有辉光放射的现象。工作气体则是由淀积室外缘处导入，并且作径向流动通过辉光放射区域，而在淀积室中央处由抽真空加以排出。

因为PECVD利用了等离子诱发载体分解，PECVD电浆中的反应物是化学活性较高的离子或自由基，而且基板表面受到离子的撞击也会使得化学活性提高，这些都可促进基板表面的化学反应速率，因此PECVD在较低的温度即可淀积薄膜，减少了对热能的大量需要，从而大大扩展了淀积材料及基体材料的范围。在集成电路制程中，PECVD通常是用来淀积SiO2与Si3N4等介电质薄膜。等离子体增强化学气相淀积法最早利用有机硅在半导体材料的基片上淀积二氧化硅。目前，等离子增强化学气相淀积技术除了用于半导体材料外，在刀具、模具等领域也获得了成功的应用。