Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强化学气相沉积,属于 CVD 薄膜沉积工艺,依靠等离子体激活反应气体,在低温下沉积固态薄膜,是半导体、MEMS、光伏领域*常用的介质膜制备工艺。
真空腔体内通入前驱气体,常用13.56MHz 射频 RF 电源,在极板间产生辉光等离子体;高能电子撞击气体分子,解离生成自由基、活性离子;活性物种扩散到衬底表面发生化学反应成膜,副产物被真空泵抽走。
核心特点:等离子体提供化学反应活化能,不靠高温加热
工艺温度:200–400℃,部分机型可低至 80~150℃
腔体压力:0.1–10 Torr(低压)
主流类型:CCP 容性耦合 PECVD(平行板,*常见);ICP 电感耦合 PECVD(高密度等离子体);HDP-PECVD(高密度等离子体,沟槽填充)
表格
| 薄膜 | 反应气体 | 用途 |
|---|---|---|
| 氧化硅 SiO₂ | SiH₄ + N₂O | 层间绝缘、钝化、硬掩膜 |
| 氮化硅 SiNₓ | SiH₄ + NH₃ | 钝化层、防水汽、应力层、刻蚀掩膜 |
| 氮氧化硅 SiON | SiH₄+NH₃+N₂O | 折射率可调、光学膜 |
| 非晶硅 a-Si | SiH₄ | 光伏、传感器、TFT |
| DLC 类金刚石碳 | 碳氢前驱体 | 耐磨保护涂层 |
| SiC 碳化硅 | 硅碳前驱体 | 功率器件、耐高温涂层 |
低温工艺:不会损伤铝金属互连、塑料、柔性衬底,芯片后端制程必备;LPCVD 往往 > 600℃,很多结构扛不住高温
沉积速率快,产能高,适合厚介质膜
薄膜应力可调,通过功率、压力、温度、频率调控拉应力 / 压应力
台阶覆盖性较好,适合 MEMS、微结构
薄膜绝缘、致密,防潮防离子污染,作为器件钝化层
薄膜含氢(SiNx、SiO₂中 H 含量高),高温后续工艺会有释氢风险
等离子体带来离子轰击,可能对器件造成等离子体损伤(PID)
薄膜化学计量比不如 LPCVD 稳定,属于非化学计量薄膜
集成电路 IC:金属层间介质 IMD、晶圆钝化保护层、TSV 侧壁绝缘、芯片封装介质膜
MEMS:结构层绝缘、牺牲层、应力调控薄膜
光伏:晶硅电池 SiNx 减反射 + 钝化膜,非晶硅薄膜电池
光电子 / LED:光学介质膜、隔离层
功率器件:SiC 器件介质钝化
PECVD:CVD,低温 200–400℃,等离子激发,介质膜为主,台阶覆盖好,含氢
LPCVD:热驱动 CVD,高温 600–800℃,薄膜纯度高、氢少,速率慢
PVD(溅射 / 蒸发):物理沉积,无化学反应,台阶覆盖差,金属 / 介质都可做