一、薄膜制备工艺分类及方法
（一）物理气相沉积（PVD）
技术原理
物理气相沉积（PVD）技术是在真空条件下，将材料源（固体或液体）表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有特殊功能薄膜的技术，是主要的表面处理技术之一。 PVD 镀膜技术主要分为三类：真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。其主要方法有真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀膜、离子镀膜和分子束外延等，相应的真空镀膜设备包括真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机。随着技术提升，PVD 不仅可沉积金属膜、合金膜，还能沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。
能在高真空环境下沉积，减少杂质和污染，保证薄膜纯度高。 通过精确控制工艺参数，可获得均匀性好、厚度一致的薄膜。 离子镀和溅射技术能增强薄膜的附着力和致密性。
电子和半导体工业：用于集成电路中的金属互连层，如铝、铜等，提供导电路径；氮化钛（TiN）可作为阻挡层和扩散层，阻挡金属原子扩散，提高器件稳定性；还可用于制造薄膜电阻和电容器。 光电子和光学工业：有抗反射涂层，用于眼镜、摄像头和太阳能电池等，提高透光率；有反射涂层，用于反射镜、激光器和光学仪器中的高反射涂层；还有滤光片，用于光通信和光学传感器，调控光波长和透过率。 机械和工具工业：如氮化钛（TiN）、碳化钛（TiC）和类金刚石碳（DLC）等涂层可用于刀具、模具和机械零部件，提高耐磨性和使用寿命；防腐蚀涂层用于化工设备和海洋环境中，延长使用寿命；装饰性涂层用于钟表、珠宝、手机外壳和眼镜框等，提供美观外观和耐磨性。 生物医学：生物相容性涂层用于医疗器械和植入物，如钛和氮化钛，提高生物相容性和耐腐蚀性；还可用于制造纳米级药物输送载体，实现药物的控制释放和靶向输送。 能源和环境：用于太阳能电池中沉积透明导电薄膜、缓冲层和吸收层，提高光电转换效率；在燃料电池和电池中制备高性能电极材料，如锂离子电池中的硅基阳极和磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料。
（二）化学气相沉积（CVD）
技术原理 在真空高温条件下，将两种以上气态或液态反应剂蒸汽引入反应室，在晶圆表面发生化学反应，形成新的材料并沉积。根据反应条件（压强、前驱体）的不同又分为常压 CVD（APCVD）、低压 CVD（LPCVD）、等离子体增强 CVD (PECVD)、高密度等离子体 CVD（HDPCVD）和原子层沉积（ALD） 常见 CVD 包括：
APCVD：在大气压及 400~800℃温度下进行反应，用于制备单晶硅、多晶硅、二氧化硅、掺杂 SiO2 等薄膜。 LPCVD：用于 90nm 以上工艺中 SiO2 和 PSG/BPSG、氮氧化硅、多晶硅、Si3N4 等薄膜制备。 PECVD：是用于 28~90nm 工艺中沉积介质绝缘层和半导体材料的主流工艺设备，其优点是沉积温度更低、薄膜纯度和密度更高，沉积速率更快，适用于大多数主流介质薄膜。PECVD 主要沉积过程相比传统的 AP - CVD、LP - CVD 设备，PE - CVD 设备已成为芯片制造薄膜沉积工艺中运用最广泛的设备类型。
在真空高温条件下，将两种以上气态或液态反应剂蒸汽引入反应室，在晶圆表面发生化学反应，形成新的材料并沉积。根据反应条件（压强、前驱体）的不同又分为常压 CVD（APCVD）、低压 CVD（LPCVD）、等离子体增强 CVD (PECVD)、高密度等离子体 CVD（HDPCVD）和原子层沉积（ALD）。
薄膜沉积：用于沉积各种薄膜，如非晶硅、多晶硅、氮化硅（Si3N4）、二氧化硅（SiO2）等。 LED 和激光器：用于制造 LED 和激光器中的 III - V 族半导体材料，如氮化镓（GaN）和砷化镓（GaAs）。 光伏电池：在太阳能电池制造中，用于沉积薄膜，如硅薄膜和氧化锌（ZnO）等，提高光电转换效率。 耐磨涂层：用于沉积金刚石、立方氮化硼（c - BN）等超硬涂层，提高工具、模具和机械零部件的耐磨性和使用寿命。 防腐蚀涂层：通过 CVD 可以沉积耐腐蚀涂层，如氮化钛（TiN）和碳化钛（TiC），用于保护金属表面免受腐蚀。 抗反射涂层：用于制备抗反射涂层，减少光学元件表面的反射，提高光学性能。 滤光片和波导：在光学通信中，用于制造滤光片和光波导等器件，提高信号传输效率。 生物相容性涂层：在医疗器械和植入物表面沉积生物相容性涂层，如氮化钛和氧化锆（ZrO2），以提高生物相容性和耐用性。 微机电系统（MEMS）：用于制造 MEMS 器件中的结构材料和功能薄膜，如多晶硅和氮化硅。
（三）原子层沉积（ALD）
技术发展
原子层沉积技术（ALD）是将物质以单原子层形式逐层在基底表面形成薄膜的真空镀膜工艺。早在 1974 年由芬兰材料物理学家 Tuomo Suntola 开发，最初用于平板电致发光显示器，未广泛应用，21 世纪初被半导体行业采用，解决了场效应晶体管因线宽缩小而引起的漏电流难题，促使摩尔定律进一步向更小线宽发展。
成膜均匀性好、致密无孔洞、台阶覆盖特性好、可在低温进行（室温 —400℃）、可简单精确控制薄膜厚度、广泛适用于不同形状的基底、无需控制反应物流量均匀性。
成膜速度较慢，如用于生产纳米结构的绝缘体 (Al2O3/TiO2) 和薄膜电致发光显示器（TFEL）的硫化锌 (ZnS) 发光层。
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