摘要： 薄膜制备工艺在超大规模集成电路技术中应用广泛，主要分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两大类。等离子增强型化学气相淀积（PECVD）作为 CVD 的一种，以其淀积温度低的突出优点，在超大规模集成电路、光电器件、MEMS 等领域有着广泛应用。本文深入介绍了 PECVD 的种类、设备基本结构、常见故障及解决措施，以及影响工艺的主要因素，旨在为相关领域的技术人员提供更专业的参考。
一、PECVD 的种类
（一）射频增强等离子体化学气相淀积（RF-PECVD）等离子体化学气相淀积利用辉光放电等离子对过程施加影响，在衬底上制备多晶薄膜。RF-PECVD 由日本科尼卡公司于 1994 年提出，其等离子体产生多采用射频法，射频电场有电感耦合和电容耦合两种方式。
（二）甚高频等离子体化学气相淀积（VHF-PECVD）采用 RF-PECVD 技术制备薄膜时，为实现低温淀积需使用稀释硅烷，导致淀积速度有限。而 VHF-PECVD 技术因 VHF 激发的等离子体电子温度更低、密度更大，能大幅提高薄膜淀积速率，在实际应用中更为广泛。
（三）介质层阻挡放电增强化学气相淀积（DBD-PECVD）DBD-PECVD 是一种非平衡态气体放电，有绝缘介质插入放电空间，兼具辉光放电大空间均匀放电和电晕放电高气压运行特点，正逐渐用于制备硅薄膜。
（四）微波电子回旋共振等离子体增强化学气相淀积（MWECR-PECVD）MWECR-PECVD 利用电子在微波和磁场中的回旋共振效应，在真空条件下形成高活性和高密度等离子体进行气相化学反应，在低温下形成优质薄膜。其等离子体由电磁波激发产生，常用频率为 2450MHz，可通过改变电磁波光子能量直接改变气体分解成粒子的能量和生存寿命，从而影响薄膜生成和膜表面处理机制，决定生成膜的结构、特性和稳定性。
二、PECVD 设备的基本结构
（一）PECVD 工艺的基本原理PECVD 技术在低气压下，利用低温等离子体在工艺腔体阴极产生辉光放电，通过辉光放电或加发热体使样品升温至预定温度，通入适量工艺气体，经化学反应和等离子体反应在样品表面形成固态薄膜。反应过程中，气体从进气口进入炉腔扩散至样品表面，在射频源激发的电场作用下分解成电子、离子和活性基团等，发生化学反应生成形成膜的初始成分和副反应物，以化学键形式吸附到样品表面形成晶核，晶核生长成岛状物再形成连续薄膜，副产物从膜表面脱离并在真空泵作用下排出。
（二）PECVD 设备的基本结构组成
真空和压力控制系统：包括机械泵、分子泵、粗抽阀、前级阀、闸板阀、真空计等。为减少氮气、氧气及水蒸气影响，采用干泵和分子泵抽气，干泵抽低真空避免油气污染基片，分子泵抽高真空，除水蒸气能力强。
淀积系统：由射频电源、水冷系统、基片加热装置等组成，是 PECVD 的核心部分。射频电源使反应气体离子化，水冷系统为泵提供冷却并在超温时报警，冷却水管路采用绝缘材料。基片加热装置使样品升温除杂质，提高薄膜与样品附着力。
气体及流量控制系统：气源由气体钢瓶供气，经气柜输送至工艺腔体，采用质量流量计精确控制气体流量。
三、常见问题及影响工艺主要因素
（一）设备常见问题及处理措施
无法起辉：
射频电源故障，检查功率输出是否正常。
反应气体进气量小，检查流量计，加大进气量试验。
腔体极板清洁度不够，测量对地电阻，清洁极板。
射频匹配电路故障，检查反射功率，检查电容电感。
真空度太差，检查腔体真空度。
辉光不稳：
电源电流不稳，测量供电稳定性。
真空室压力不稳定，检查漏率和进气量。
电缆故障，检查接触是否良好。
成膜质量差：
样片表面清洁度差，检查表面清洁情况。
工艺腔体清洁度差，清洗腔体。
样品温度异常，检查温控系统，校准热电偶。
膜淀积过程中压力异常，检查漏率。
射频功率设置不合理，检查电源，调整功率。
淀积速率低：
射频输入功率不合适，调整射频功率。
样品温度异常，检查冷却水流量及温度。
真空腔体压力低，调整工艺气体流量。
反应腔体压力不稳定：
检查波纹管是否有裂纹。
检查气体流量计是否正常。
手动检查蝶阀开关是否正常。
真空泵异常，测量抽速是否正常。
（二）影响工艺的因素
极板间距和反应室尺寸：
起辉电压：间距选择应使起辉电压低，降低等离子电位，减少对衬底损伤。
极板间距和腔体气压：间距较大对衬底损伤小，但不宜过大以免加重边缘效应影响均匀性。反应腔体尺寸增加生产率但影响厚度均匀性。
射频电源的工作频率：
射频 PECVD 通常采用 50kHz~13.56MHz 频段射频电源，频率高离子轰击作用强，薄膜更致密但对衬底损伤大。高频淀积薄膜均匀性好于低频，因低频时靠近极板边缘电场弱，淀积速度低于中心区域，高频时差别变小。
射频功率：
射频功率越大离子轰击能量越大，有利于淀积膜质量改善。功率增加增强气体中自由基浓度，淀积速率随功率直线上升，完全电离后趋于稳定。
气压：
气压过大单位内反应气体增加，速率增大，但平均自由程减少，不利于台阶覆盖。气压太低影响淀积机理致密度下降易形成针状缺陷；气压过高聚合反应增强，生长网络规则度下降缺陷增加。
衬底温度：
衬底温度影响薄膜质量的局域态密度、电子迁移率及光学性能，提高温度有利于补偿表面悬挂键，降低缺陷密度。对淀积速率影响小但对薄膜质量影响大，温度越高淀积膜致密性越大，高温增强表面反应改善膜成分。
四、结束语
PECVD 工艺复杂，要保证淀积薄膜质量，需确保设备稳定性，掌握精通工艺原理及影响薄膜质量的因素，以便在故障时迅速分析原因。同时，设备的日常维护和保养也至关重要。
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