微纳加工 | 薄膜沉积工艺介绍
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什么是薄膜沉积（镀膜）？
Thin film deposition (Plating) is the process of forming and depositing a thin film coating on the substrate material.Deposition of thin films of various materials on substrates is one of the important means of micro and nano processing.Films have many different properties that can be used to modify or improve certain elements of a substrate's performance. For example, transparent, durable and scratch resistant; increase or decrease electrical conductivity or signal transmission, etc.Thin film deposition thicknesses range from the nanometer to the micron scale.
薄膜沉积是许多光电、固态和医疗设备及产品生产中的重要制造步骤，包括消费电子产品、半导体激光器、光纤激光器、LED 显示器、滤光片、化合物半导体、精密光学、显微镜和微量分析样品载玻片和医疗植入物。
薄膜沉积工艺种类及优劣对比
微纳加工中最常用的薄膜沉积工艺是Physical Vapor Deposition (PVD)withChemical Vapor Deposition (CVD).
物理气相沉积（PVD）是指在真空状态下，加热源材料，使原子或分子从源材料表面逸出从而在衬底上生长薄膜的方法。物理气相沉积的主要方法有，真空电子束或电阻蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。AEMD的电子束蒸发系统和溅射系统都属于物理气相沉积。
物理气相沉积（PVD） 可以分为热蒸发沉积和等离子体溅射沉积两大类，热蒸发沉积：电阻蒸发沉积, ,电子束蒸发沉积;.等离子体溅射沉积: The直流溅射、射频溅射、磁控溅射、离子化PVD.
化学气相沉积（CVD）是使气态物质在固体的表面上发生化学反应并在该表面上沉积，形成稳定的固态薄膜的过程。主要分为四个重要的阶段：1、反应气体向基体表面扩散；2、反应气体吸附于基体表面；3、在基体表面上产生的气相副产物脱离表面；4、留下的反应物形成覆层。采用等离子和激光辅助等技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行。
Chemical Vapor Deposition (CVD)包括低压型（LPCVD）、常压型（APCVD）、原子层沉积（ALD）、等离子体增强型（PECVD）和金属有机化合物型（MOCVD）等
原子层沉积（ALD）是化学气相沉积(CVD)法的一种，是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，使这种方式每次反应只沉积一层原子。
各种薄膜沉积方式的优劣对比
| Craftsmanship | Atomic layer deposition (ALD) | Physical Vapor Deposition (PVD) | Chemical Vapor Deposition (CVD) | Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD furnace tube) |
|---|---|---|---|---|
| Deposition principle | Chemical surface saturation Reaction-Deposition | Evaporation-Consolidation | Gas phase reaction - deposition | Low Pressure Chemical Vapor Deposition (Stove and tube type) |
| Deposition process | Laminar growth | Nucleation growth | Nucleation growth | Nucleation growth |
| Step coverage | Excellent | General | Good | Good |
| Deposition rate | slow | Quick | Quick | slower |
| Deposition temperature | Low(<500℃) | Low | High | Higher |
| Uniformity | Excellent 0.07 - 0.1nm | General About 5nm | better 0.5 - 2nm | Better |
| Thickness control | Number of reaction cycles | Deposition time | Deposition time Gas phase partial pressure | Deposition time Gas ratio |
| Ingredients | Uniformity with few impurities | No impurities | Easy to contain impurities | No impurities |
薄膜种类及应用场景
| 薄膜种类 | 分类 | 薄膜沉积材料 | Applications |
| Semiconductors | 多晶硅 | SiH4（硅烷） | MOS的栅极、高值电阻等 |
| 单晶硅 | SiH₂Cl₂（二氯硅烷; DCS) | 功率器件的单晶外延层等 | |
| SiHCl3（三氯硅烷；TCS） | |||
| SiCl4 （ 氯化硅; Siltet） | |||
| 非晶硅 | SiH4（硅烷） | α-Si太阳能电池、源极/漏极沟道区等 | |
| 介电质 | Si02（二氧化硅） | SiH4，O2 SiH4，N20 Si(OC2H5)4（四乙氧基硅烷）、O2/O3 | 应用最广泛的介电质薄膜，STI、栅氧化层、侧墙、PMD、IMD、阻挡层、硬掩膜等 |
| Si3N4/SiN（氮化硅） | SiH4、N2O、N2、NH3 C8H22N2Si [ 双(叔丁基氨基)硅烷 ] | 刻蚀停止层 、硬掩膜 、钝化层等 | |
| SiON（氮氧化硅） | SiH4、N2O、N2、NH3 | 抗反射层、栅氧化层、硬掩膜等 | |
| PSG/BPSG （ 磷硅 / 硼磷硅玻璃 ） | 硅烷 、 硼烷 、 磷烷等 | PMD、钝化层等 | |
| Low- K（低介电）材料 | 聚酰亚胺 （ PI ） 等 | 在PMD中替代 SiO2 | |
| High-K （高介电）材料 | Hf、O2 、 SiO2 等 | 在栅介质层中替代 SiO2 | |
| Metal 金属化合物 | W （ 钨 ） | WF6 （ 六氟化钨 ）、SiH4 、H2 | 电学薄膜、光学薄膜、硬质膜、耐蚀膜、接触孔、通孔、栅极等 |
| WSi2/TiSi2 /CoSix/NiSi | WF6 、 硅烷等 | 源/漏/栅极上的硅化物层 | |
| TiN | Ti[N(CH3)2]4 [ 四(二甲氨基)钛 ] | 阻挡层、金属栅等 | |
| Ti | TiCl4 （氯化钛） | ||
| Ta/TaN | |||
| Au/Al/Cu | 金属层、金属栅等 |
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