CVD工藝常用專業術語

如果說PVD是“物理搬運工”，把靶材上的原子“敲”下來再貼到晶圓上，那么CVD就是“化學建筑師”，在晶圓表面通過精確控制的化學反應來“搭建”薄膜。

CVD工藝種類繁多，是制造中應用最廣的薄膜技術之一，從柵極介電層、隔離層到層間介電層（ILD）和金屬硬掩模（Hardmask），無處不在。對于有3-5年經驗的工程師，理解以下這些術語，能讓你從“操作員”思維轉變為“工藝開發者”思維。

一、核心工藝參數與反應機制 (Core Parameters & Reaction Mechanisms)

這是理解CVD過程本質的關鍵，決定了你能“搭建”出什么樣的薄膜。

1. Precursor / Reactant Gases (前驅物 / 反應氣體)

• 專業解釋： CVD工藝中引入腔體的氣體化學品。前驅物是含有目標沉積元素的氣體（如SiH4硅烷，含Si；TEOS四乙氧基硅烷，含Si和O）。反應氣體是用來與前驅物反應以形成最終薄膜的氣體（如N2O、O2作為氧源；NH3作為氮源）。

• 產線視角： 氣體的流量（Flow Rate）和比例（Ratio）是你的配方（Recipe）中最核心的部分。例如，在PECVD沉積氮化硅（SiN）時，SiH4/NH3的比例直接決定了薄膜的成分（是富硅Si-rich還是富氮N-rich），進而影響其應力、折射率和作為應力源（Stressor）的效果。錯誤的氣體比例可能導致薄膜性質完全不達標。

2. Deposition Temperature (沉積溫度)

• 專業解釋： 晶圓在沉積過程中的溫度。溫度為化學反應提供所需的活化能。

• 產線視角： 溫度是影響CVD反應速率和薄膜質量的決定性因素。

• • 高溫： 反應速率快，產能高，薄膜通常更致密，氫含量低，質量好。比如LPCVD（低壓CVD）的氮化硅在700-800°C下沉積，質量極佳。

  • 低溫： 反應速率慢，但對于后道工序（BEOL）至關重要，因為金屬連線無法承受高溫。這就是PECVD（等離子體增強CVD）大顯身手的地方，它利用等離子體能量來“彌補”溫度的不足，使得在400°C以下就能沉積高質量的介電層。

3. Reaction Limited vs. Mass Transport Limited (反應限制 vs. 質量傳輸限制)

• 專業解釋： 描述CVD沉積速率受哪個環節控制的兩個基本機制。

• • 反應限制： 在低溫區，沉積速率主要由表面化學反應的快慢決定，對溫度變化非常敏感。

  • 質量傳輸限制： 在高溫區，表面反應已經非常快，此時沉積速率的瓶頸在于反應氣體能否被足夠快地輸送到晶圓表面。

• 產線視角： 理解這一點對優化薄膜的階梯覆蓋率（Step Coverage）至關重要。我們希望工藝工作在反應限制區，因為這樣氣體分子有足夠的時間“跑”到溝槽的底部和側壁去反應，從而獲得極佳的保形性（Conformality）。而工作在質量傳輸限制區的工藝，氣體在溝槽口就很快反應掉了，導致孔口過早封閉，形成空洞（Void）。

這些是你用來評價CVD薄膜是否滿足集成要求的關鍵指標。

4. Conformality / Step Coverage (保形性 / 階梯覆蓋率)

• 專業解釋： 與PVD類似，衡量薄膜在復雜形貌上的覆蓋能力。但CVD追求的最高境界是100%的保形性，即側壁（Sidewall）、底部（Bottom）和頂部（Top）的厚度完全一致，就像給復雜物體噴了一層厚度均勻的油漆。

• 產線視角： 這是CVD，特別是介電層CVD工藝的“天職”。比如在做STI（淺溝槽隔離）或ILD（層間介電質）填充時，如果保形性差，就會在溝槽中間留下空洞（Void），在后續CMP時可能會暴露出來，導致器件短路。SACVD（亞大氣壓CVD）和HDPCVD（高密度等離子體CVD）就是為了實現無空洞填充（Void-free Gap Fill）而開發的特殊技術。

5. Wet Etch Rate (WER, 濕法腐蝕速率)

• 專業解釋： 將CVD薄膜浸泡在特定腐蝕液（如稀釋的氫氟酸，DHF）中，測量其被腐蝕掉的厚度隨時間的變化率。

• 產線視角： WER是評估介電薄膜致密性（Density）和質量的一個快速、廉價且非常有效的“間接”手段。WER越高，通常意味著薄膜越疏松、含有越多的氫（以Si-H, N-H鍵形式存在）或雜質，質量越差。產線上會設定一個WER的規格上限，每天監控。當你看到WER升高時，就要警惕是不是腔體需要清洗了，或者工藝參數發生了漂移。

6. Refractive Index (RI, 折射率)

• 專業解釋： 光在真空中的速度與在薄膜中速度的比值。這是一個光學參數，通過橢偏儀（Ellipsometer）測量。

• 產線視角： RI是另一個快速、無損的監控工具，它能靈敏地反映薄膜的化學成分（Stoichiometry）和密度。例如，對于氮化硅（SiN），標準的Si3N4的RI約為2.0。如果測出的RI偏高（如2.1-2.2），說明它是富硅（Si-rich）的，其應力會偏向壓應力；如果RI偏低，說明它是富氮的。通過監控RI，你可以間接監控薄膜的成分是否穩定。

7. Hydrogen Content (氫含量)

• 專業解釋： 由于CVD常用含氫的前驅物（如SiH4, NH3），薄膜中不可避免地會殘留一定量的氫原子，通常以Si-H或N-H鍵的形式存在。

• 產線視角： 氫含量是影響器件可靠性的關鍵因素。特別是在靠近晶體管的介電層中，這些氫在電場和溫度作用下可能會解離并遷移到柵氧界面，鈍化懸掛鍵或產生界面陷阱，從而導致NBTI/PBTI（負/正偏壓溫度不穩定性）等效應，使晶體管的閾值電壓發生漂移。因此，控制薄膜中的氫含量是先進工藝中一個非常重要的課題。

這些是你解決更棘手問題時需要了解的“高級武器”。

8. PECVD (Plasma Enhanced CVD, 等離子體增強CVD)

• 專業解釋： 通過在腔體中引入RF射頻能量，將反應氣體解離成高活性的等離子體，從而在較低溫度下驅動化學反應。

• 產線視角： 這是現代CMOS工藝的絕對主力，幾乎所有的BEOL介電層（SiO2, SiN, SiOC等低k材料）都是用PECVD做的，因為它滿足了低溫（<400°C）的要求。在PECVD中，你還會接觸到高頻(HF)和低頻(LF) RF的概念，通過調節二者的比例，可以精細地調控薄膜應力。

9. HDPCVD (High-Density Plasma CVD, 高密度等離子體CVD)

• 專業解釋： 一種特殊的PECVD，它使用電感耦合等離子體（ICP）源產生密度比普通PECVD高2-3個數量級的等離子體。同時，它會像PVD一樣，在基座上施加一個RF偏壓，引入Ar氣進行物理濺射。

• 產線視角： HDPCVD的特點是“邊沉積、邊刻蝕”。沉積（Deposition）主要發生在溝槽底部，而濺射（Sputtering）則會優先去除掉溝槽拐角處“凸起”的部分。這種“D-S Ratio”（沉積-濺射比）的平衡使得它能夠完美地填充高深寬比的溝槽而不產生空洞，是STI和部分ILD gap-fill的理想選擇。

10. ALD (Atomic Layer Deposition, 原子層沉積)

• 專業解釋： 一種自限制的、逐個原子層生長的CVD技術。它將傳統CVD反應分解為兩個或多個半反應，每次只通入一種前驅物，并通過吹掃（Purge）步驟隔開，確保每一步反應都只在表面進行單原子層。

• 產線視角： ALD是實現極致保形性和精確厚度控制的終極武器。當你需要沉積幾納米甚至更薄、且要求在3D結構上厚度完全均勻的薄膜時（例如FinFET的HKMG柵介質層HfO2），ALD是唯一選擇。它的缺點是沉積速率極慢，但換來的是無與倫比的薄膜質量和均勻性。

掌握這些CVD術語，能讓你在面對從簡單的厚度不均到復雜的溝槽填充空洞等問題時，都能從化學反應、物理機制和硬件限制等多個維度進行系統性思考，找到問題的癥結所在。

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