PECVD工艺：半导体产业薄膜沉积环节的价值引擎

1、PECVD成膜原理介绍

传统CVD技术虽能实现高精度薄膜，但800℃以上的沉积温度却让热敏材料望而却步。如何在低温下实现高效、高质量的薄膜沉积？PECVD通过引入等离子体进行反应，将沉积温度降至100~400℃，同时通过活性粒子加速反应，使沉积速率提升10倍以上。

2、等离子体

在PECVD系统中，通过射频（RF）或微波电源在反应腔室内施加电场，使通入的气体（如SiH4、NH3等）电离形成等离子体。

*成膜核心：

通过高能量（Plasma）将物质（源气）之间的化学键破坏，并重新组合（新物质，如SiNx、SiOx、SiONx等）。

*关键控制：气场、流场

(这里的气场指的是：Chamber内部的气体压力的控制，因为腔体内的压力是实时变化的，所以好的流量计、压力计、蝶阀、PID反馈调节就很重要，波动太大，会导致产品不稳定，反应阶段的生成与消耗要维持在动态平衡，这样才能保证每一个产品都是一致的；流场指的是：源气从进入Chamber后到流出Chamber的整个过程中，气流的动态过程，所以，这就是为什么我们一直关注腔体环境的原因。如果腔体内壁洁净度不足，会导致靠近内壁的流场中的反应源被过度消耗，沉积过程受到干扰，哪怕周围的Parts表面轻微划痕或磕碰都绝对会影响局部流场)

3、工艺指标：

① Dep temp——沉积温度

② Thickness——薄膜膜厚

③ Refractive Index（RI）——折射率

④ Stress——薄膜应力

⑤ Dep Rate——沉积速率

⑥ Uniformity (WIW)——薄膜片内均一性（值越小，均一性越好）

⑦ Uniformity (WTW)——薄膜片间均一性（值越小，均一性越好）

⑧ Particle spec——薄膜表面颗粒要求

⑨ BOE Etch Rate——薄膜刻蚀速率（表征薄膜致密性的参数）

4、参与反应的气体 (以SiNx为例)：

SiHx 、NHx（通常为：SiH4 、NH3）

5、反应式：

6、影响说明：

因为每一个项目的要求都是不同的，所以要根据自己的需求进行调试。

a. 调试的核心思想：

①先固定化合物的比例；

(主要影响：对RI有着绝对的影响，PECVD的调试比较难，因为影响因素比较多，我们在调整了它的比例和流量的同时，其实它的空间气体组氛也有变，一般情况下，当我们的Target很接近Spec的时候，N/Si比例是要保持不变的，然后可以根据你的测试数据来进行微调)

②工艺参数（Pressure、Temp、Gas flow、Gas Rate、Time、Power等）在一定范围内是线性的。

(举例说明：一定情况下，温度升高，气体活化能提高，反应加剧，会加速沉积速率；记住，我这里只说的是一定温度下，因为温度过高，气体活化能饱和，沉积速率将几乎不变，均一性还会急剧变差，折射率RI也可能变差。这就是PECVD工艺的难点，你在考虑或调平其中一个指标参数的时候，其他参数指标可能变化很大，这时候是需要综合去考虑的)

b、牢记硬背：

SiNx薄膜中：Si组氛越多，RI值越大，N组氛越多，RI值越小。

c、经验分享：

最好的Recipe一定是所有的Gas Flow全部处于MFC的量程中间值。

d、切勿操作：

PECVD的极板间隙过大，不容易起辉；过小，极板容易被击穿。

e、笔记分享：

极板式PECVD 原理思考，仅供参考：

不同的工艺对标要求不太一样，仅供参考：

 

不同的设备，配置不太一样，仅供参考：

安徽博芯微半导体科技有限公司，为核心组件提供高精度Showerhead服务，产品主要包括Shower head、Face plate、Blocker Plate、Top Plate、Shield、Liner、pumping ring、Edge Ring等半导体设备核心零部件，产品广泛应用于半导体、显示面板等领域，性能卓越，市场认可度高。

信息来源：半导体大军公众号