薄膜沉积工作原理

薄膜沉积本质一句话：把固态原料，先变成气相原子 / 分子 / 离子，再输送到基板（衬底）表面，在表面成核、生长，形成连续固态薄膜。按成膜驱动力分为三大路线：物理驱动（PVD）、化学反应驱动（CVD）、自限制表面反应（ALD）。

共同基础步骤（所有沉积都大体包含）：

1. 源物质气化 / 变成气相粒子

2. 气相粒子输运到衬底表面

3. 粒子吸附在衬底表面

4. 表面迁移、成核、长大，形成薄膜

5. 副产物脱附、被真空系统抽走

下面分开讲原理：

一、PVD 物理气相沉积

没有化学反应，纯物理相变：固体源 → 气相原子 → 凝结成膜真空环境是前提，减少气体碰撞损耗。

1. 磁控溅射（zui常用）腔体充低压氩气，加电场使 Ar 电离成氩离子；氩离子高速轰击固体靶材，把靶材上的原子 “撞出来"（溅射）；飞出的原子在真空里飞到晶圆表面，吸附堆积成膜。✅ 特点：原子是靶材原样，成分不变；适合金属、合金、TiN 等导电膜。

2. 蒸发（热蒸发 /e-beam 电子束蒸发）电阻加热或者电子束轰击源材料，升温熔化、气化；气化的原子直线飞向基板凝结。✅ 特点：速率快，多用于光学镀膜。

二、CVD 化学气相沉积

依靠表面化学反应成膜：通入气态前驱体 → 在衬底表面发生反应 → 生成固态薄膜 + 气态副产物

1. 前驱气体被载气带入反应腔，扩散到衬底表面

2. 气体分子吸附在衬底表面

3. 在热 / 等离子体能量激发下发生化学反应

4. 反应产物中，固体组分留在表面长成薄膜；多余的副产物气体脱附，被真空泵抽走

分支：

• LPCVD：靠高温热能驱动反应（炉管）

• PECVD：等离子体把气体提前激活，低温就能反应（后端钝化层主力）

关键点：反应优先发生在衬底表面，不是气相里面（气相反应会产生颗粒缺陷）

三、ALD 原子层沉积（属于特殊 CVD）

自限制、交替脉冲反应，一次生长单原子层，是现在先进制程的核心

1. 脉冲通入第一种前驱体 A，前驱体吸附在衬底表面，直到表面饱和（自限制，再多气体也不会继续吸附）

2. 吹扫，把多余 A 和副产物抽干净

3. 脉冲通入第二种前驱体 B，B 和已经吸附在表面的 A 发生反应，生成一层薄膜

4. 再次吹扫，带走多余 B 和副产物👉 一轮循环 = 固定极薄一层（通常 0.05~0.15 nm），循环多少次，厚度就乘以多少。✅ zui大优势：保形性ji好，沟槽侧壁、孔洞里面均匀长膜，不受形貌遮挡影响。