物理与化学气相沉积

物理与化学气相沉积

薄膜沉积是在基片表面形成固态薄膜的工艺，用于在硅等基片上制作功能层、导电层、绝缘层或保护层。物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）与化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是两类基本方法，区别主要在于薄膜物质的来源和表面反应机制。

物理气相沉积

PVD 的基本过程是：固体源材料被转化为气相，气相粒子输运到基片表面，并在表面凝结或吸附形成薄膜。常见方式包括蒸发和溅射。蒸发通过加热使源材料气化；溅射通过高能离子轰击靶材，使靶材原子或分子逸出。PVD 通常需要较低气压或高真空环境，以增大气相粒子的平均自由程，减少输运过程中的散射。

PVD 中，薄膜组成主要来自源材料或靶材，基片表面一般不需要发生化学反应。其优点是沉积温度相对较低、薄膜纯度和厚度可控；局限是台阶覆盖性通常较弱，对复杂三维结构的保形沉积能力有限。

化学气相沉积

CVD 的基本过程是：含薄膜元素的气态前驱体被输运到基片表面，在表面发生化学反应，生成固态薄膜和挥发性副产物，副产物再被气流带出反应区。CVD 通常需要一定的基片温度或外部能量（如等离子体、光、热）来驱动表面反应。

CVD 中，薄膜组成来自前驱体的化学反应，而不是单纯来自固体源的物理转移。其优点是台阶覆盖性和保形性通常较好，适合在复杂表面沉积；可沉积多种材料，包括绝缘层、半导体层和金属层。局限是反应温度可能较高，前驱体和副产物需要处理，工艺控制涉及气流、温度、压力和反应动力学等因素。

一般区别

PVD 与 CVD 的核心区别可归纳为：

• 物质来源：PVD 来自固体源或靶材的物理气化；CVD 来自气态前驱体的化学反应。
• 表面过程：PVD 以凝结、吸附为主；CVD 以表面化学反应为主。
• 环境条件：PVD 常在真空或低压下进行；CVD 需要控制前驱体气流、温度和压力。
• 覆盖能力：PVD 的台阶覆盖性通常较弱；CVD 的保形性通常较好。
• 温度与前驱体：PVD 一般沉积温度较低；CVD 可能需要较高温度或额外能量，并涉及前驱体与副产物。

在微加工中，PVD 和 CVD 都用于在基片上形成薄膜，具体选择取决于材料、结构形貌、温度限制和薄膜质量要求。