等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 是一种多功能薄膜沉积技术，与传统 CVD 方法相比，它利用等离子体能量在更低的温度下进行化学反应。该工艺对于在各种基材上沉积高质量薄膜（如氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅）特别有利。 PECVD 的工作原理是通过射频电场产生等离子体，使气体分子电离并产生沉积在加热基板上的活性物质。该过程涉及多个微观步骤，包括气体分子活化、扩散和表面反应，从而形成致密、均匀且具有强附着力的薄膜。 PECVD 广泛应用于浅浴隔离填充、侧壁隔离和金属连接介质隔离等行业，具有沉积温度低、能源效率高和节省成本等优点。
要点解释：
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等离子体化学气相沉积简介 ：
- PECVD 是一种薄膜沉积技术，它使用等离子体在比传统 CVD 更低的温度下进行化学反应。
- 广泛应用于工业上沉积氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅等薄膜。
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等离子体生成 ：
- 通过在基板附近施加高射频电场来产生等离子体，通常频率范围为 100 kHz 至 40 MHz。
- 等离子体由电离气体物质、电子和处于基态和激发态的中性物质组成，在不显着提高气体温度的情况下产生高反应性物质。
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工艺条件 ：
- PECVD 在减压环境中运行，通常在 50 毫托到 5 托之间。
- 电子和正离子密度范围为10^9至10^11/cm^3，平均电子能量范围为1至10eV。
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微观过程 ：
- 气体分子与等离子体中的电子碰撞产生活性基团和离子。
- 活性基团直接扩散到基材或与其他气体分子相互作用形成沉积所需的化学基团。
- 化学基团扩散到基材表面，在那里发生沉积反应并释放反应产物。
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PECVD的优点 ：
- 低沉积温度 ：PECVD 可以在低至 100°C 至 400°C 的温度下进行，从而最大限度地减少基材上的热应力。
- 高薄膜质量 ：所形成的薄膜致密，针孔少，对基材的附着力强。
- 均匀度 ：PECVD 在整个基材上提供出色的厚度和成分均匀性。
- 多功能性 ：可用于沉积多种材料，包括氮化硅、二氧化硅和非晶硅。
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PECVD的应用 ：
- 半导体产业 ：用于浅槽隔离填充、侧壁隔离和金属连接介质隔离。
- 光电 ：用于光学涂层和波导的沉积薄膜。
- MEMS 和传感器 ：为微机电系统和传感器制作薄膜。
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与传统CVD的比较 ：
- 与传统CVD仅依靠热能不同，PECVD同时利用等离子体能和热能来实现必要的化学反应。
- 这使得 PECVD 能够在明显较低的温度下运行，从而适用于温度敏感的基材。
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氮化硅 PECVD 的工艺步骤 ：
- 将目标晶圆放置在 PECVD 室内的电极上。
- 反应气体，例如硅烷 (SiH4) 和氨气 (NH3)，被引入腔室中。
- 通过施加射频电压，在电极之间产生等离子体，将活性气体分解成活性物质。
- 这些活性物质沉积在晶圆表面，形成氮化硅薄膜。
通过利用 PECVD 的独特功能，制造商可以获得具有出色均匀性和附着力的高质量薄膜，同时在较低温度下运行并降低能耗。这使得 PECVD 成为现代半导体和光电制造工艺中的一项重要技术。
汇总表：
| 方面 | 细节 |
|---|---|
| 过程 | 等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) |
| 主要气体 | 硅烷 (SiH4)、氨 (NH3) |
| 等离子体生成 | 射频电场（100 kHz 至 40 MHz） |
| 压力范围 | 50 毫托至 5 托 |
| 温度范围 | 100°C 至 400°C |
| 优点 | 沉积温度低、成膜质量高、均匀性好、通用性强 |
| 应用领域 | 半导体隔离、光电子、MEMS 和传感器 |
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