一、物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）

1、核心原理与主流技术

PVD 的核心是在真空环境下，通过能量激发使靶材原子脱离母体，经无碰撞飞行后在衬底（圆片）表面沉积成膜。

在集成电路产业中，溅射镀膜（Sputtering）是应用最广泛的 PVD 技术，远超真空蒸发、分子束外延等方式，主要用于制备电极和金属互连层，其具体过程如下：

根据电场类型与能量来源，常用溅射方式分为 3 类，适配不同靶材与薄膜需求：

• 直流溅射（DC Sputtering）

  适用于导电靶材（如 Al、Cu、Ti），通过直流高压产生电场，工艺简单、沉积速率快；
  
  

• 射频溅射（RF Sputtering）

  适用于绝缘靶材（如 SiO₂、Al₂O₃），通过射频电场（通常 13.56MHz）使气体电离，避免靶材表面电荷积累；
  
  

• 磁控溅射（Magnetron Sputtering）

  在传统溅射基础上加入磁场，将电子束缚在靶材表面附近，提高气体电离效率与靶材利用率，同时降低衬底温度，是当前集成电路 PVD 的主流技术。

二、化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）

（1）核心原理与典型应用

CVD 的核心是在特定温度、压力下，多种气相反应物在衬底表面（或近表面）发生化学反应，生成的固态物质以原子 / 分子级精度沉积在衬底上。在集成电路中，CVD 的主要应用场景包括：

• 绝缘介质薄膜

  ：如二氧化硅（SiO₂，栅极绝缘层、层间介质）、氮化硅（Si₃N₄，钝化层、刻蚀掩膜）、氮氧化硅（SiON，低 k 介质）；

• 半导体薄膜

  ：如多晶硅（栅极材料）、非晶硅；

• 金属薄膜

  ：如钨（W，通孔填充、接触 plug）；

• 选择性外延（进阶应用）

  ：45nm 节点后广泛采用的选择性外延（Selective Epitaxy） 本质是 CVD 技术，可在硅（或其他单晶衬底）上仅特定区域（如源漏区）生长同晶格 / 近晶格的单晶层（如 SiGe、Si），用于提升晶体管性能。
  
  

（2）CVD 工艺分类（多维度）

CVD 根据工艺条件（压力、温度、能量、反应源）可分为多类，不同类型适配不同薄膜需求，具体分类如下：

三、原子层沉积（Atomic Layer Deposition, ALD）

3.1 核心原理：自限制逐层生长

ALD 的本质是 “交替脉冲式反应”，通过严格控制前驱物的通入顺序，实现单原子层的精准堆叠，具体步骤如下：

1. 前驱物 1 吸附

   ：将气相前驱物 1（如金属源）脉冲式通入反应腔，前驱物 1 通过化学吸附在衬底表面形成单原子层（吸附饱和后不再继续，即 “自限制”）；

2. 残留抽离

   ：用惰性气体（如 Ar）吹扫腔室，抽走未吸附的前驱物 1 及可能的副产物；

3. 前驱物 2 反应

   ：脉冲式通入前驱物 2（如反应气体 O₂、N₂），与衬底表面吸附的前驱物 1 发生化学反应，生成目标薄膜（如金属氧化物、氮化物）及挥发性副产物；

4. 再次抽离

   ：吹扫并抽走残留的前驱物 2 与副产物，完成 “单原子层生长” 循环；

5. 循环堆叠

   ：重复上述 1-4 步骤，通过 N 次循环即可生长厚度约为 “N× 单原子层厚度” 的薄膜。
   
   

ALD 与 CVD 的核心区别：CVD 的气相反应物可持续反应，无 “自限制” 特性，厚度控制精度较低；而 ALD 的 “自限制” 特性确保每循环仅生长一层原子，厚度误差可控制在 0.1nm 以内。

核心特点对比：从工艺控制到薄膜性能的全面差异

三种工艺的原理差异决定了它们在工艺控制难度、薄膜性能、适用场景上的显著不同。下表从 10 个关键维度对三者进行对比：