PVD与CVD性能比较

PVD与CVD性能比较

CVD定义：

通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程。

CVD技术特点：

具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点。

CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等。

影响台阶覆盖性的关键在于气相沉积技术的“绕镀性”。

气相沉积技术按照其原理可以分为化学气相沉积(CVD,
Chemical Vapor Deposition)和物理气相沉积(PVD,
Physical Vapor Deposition)。

CVD相对于PVD，有什么优点？

跟材料特性相关的性质——结晶性和理想配比都比较好

薄膜成分和膜厚容易控制

*淀积温度低

*台阶覆盖性好（step coverage)

化学气相淀积系统

气态源或液态源

气体输入管道

气体流量控制系统

反应室

基座加热及控制系统

温度控制及测量系统

减压系统（LPCVD和PECVD)

CVD系统的分类

常压化学气相淀积(APCVD)

低压化学气相淀积(LPCVD)

等离子增强化学气相淀积(PECVD)

化学气相沉积(CVD)

CVD 是利用等离子体激励、加热等方法，使反应物质在一定温度和气态条件下，发生化学反应并以生成的固态物质，沉积在适当位置的基体表面，进而制得的固态薄膜或涂层的工艺技术。

优点: CVD 可以在真空低的条件下沉积涂层，各种氮化物、碳化物、氧化物、硼化物、硅化物涂层的制备，可在低于其熔点，或分解温度的沉积温度下进行，设备简单，同一种膜的制备可选用不同的化学反应，灵活性比较大，即反应原料的成分，不仅可以调节和改变，又能控制涂层的特性和成分。因为绕镀性好，适合用于形状复杂的零件和沉积内壁、内孔等的镀膜。

缺点: 工艺温度高在应用上受到限制，针对局部表面沉积涂层时，没有 PVD 技术方便，沉积速率不是很高，比溅射镀膜还要低，镀膜后需真空热处理。制备的涂层表面粗糙，需要采取措施解决环境污染问题。

物理气相沉积(PVD)

PVD 是一种利用溅射，或蒸发等之类的物理气相方法，在真空环境中的衬底上凝聚，形成涂层的过程。目前，PVD 的主要方法有溅射镀膜、真空蒸发镀膜、电弧、空心阴极、活性反应等离子体镀膜。

优点: PVD 技术制备出的薄膜具有硬度和强度高、热稳定性好、耐磨性好、化学性能稳定、摩擦系数低、组织结构致密等优点。与 CVD 相比低温沉积且薄膜内部的压应力状态，对硬质合金精密复杂刀具的涂层更为适合。PVD
工艺无污染，可实现绿色化制造。PVD 涂层技术，不仅广泛用于各种切削加工刀具、钻头等的涂层处理，而且，涂层成分也由单层涂层、多元涂层发展到多元复合涂层。

缺点: PVD 技术制备涂层薄膜要求基体的清洁度高，由于绕镀性差，使得覆盖台阶、复杂零件等的能力差，工艺重复性不好且加工成本高。

利用某种物理过程，例如蒸发或者溅射现象实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底表面上，并淀积成薄膜。

PVD基本方法

蒸发（Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体）

溅射

蒸发

在真空系统中加热蒸发源，使原子获得足够的能量，可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽原子，淀积在晶片上。

溅射

真空系统中充入惰性气体，在高压电场作用下，气体放电形成的离子被强电场加速，轰击靶材料，使靶原子逸出并被溅射到晶片上。

PVD的发展：

蒸发

蒸发优点：

较高的淀积速率

薄膜纯度高，厚度控制精确

生长机理简单

蒸发缺点：

台阶覆盖能力差

工艺重复性不好

淀积多元化合金薄膜时，组分难以控制

溅射

溅射优点：

淀积薄膜与衬底附着性好

淀积多元化合金薄膜时组分容易控制

较高的薄膜溅射质量

高纯靶材

高纯气体