PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vaper Deposition）是等離子增強化學氣相淀積，該技術是在低氣壓下，利用低溫等離子體在工藝腔體的陰極上（即樣品放置的托盤）產生輝光放電，利用輝光放電（或另加發熱體）使樣品升溫到預定的溫度，然后通入適量的工藝氣體，這些氣體經一系列化學反應和等離子體反應，最終在樣品表面形成固態薄膜。

所謂等離子體，是指氣體在一定條件下受到高能激發，發生電離，部分外層電子脫離原子核，形成電子、正離子和中性粒子混合組成的一種形態，這種形態就稱為等離子態。

PECVD的工藝原理：在反應過程中，反應氣體從進氣口進入爐腔，逐漸擴散至樣品表面，在射頻源激發的電場作用下，反應氣體分解成電子、離子和活性基團等。這些分解物發生化學反應，生成形成膜的初始成分和副反應物，這些生成物以化學鍵的形式吸附到樣品表面，生成固態膜的晶核，晶核逐漸生長成島狀物，島狀物繼續生長成連續的薄膜。在薄膜生長過程中，各種副產物從膜的表面逐漸脫離，在真空泵的作用下從出口排出。

首先，在非平衡等離子體中，電子與反應氣體發生初級反應，使得反應氣體發生分解，形成離子和活性基團的混合物；其次，各種活性基團向薄膜生長表面和管壁擴散運輸，同時發生各反應物之間的次級反應；最后，達到生長表面的各種初級反應和次級反應產物被吸附并與表面發生反應，同時伴隨有氣相分子物的再放出。

PECVD的優勢：

1、基本溫度低（300-500°C）；

2、沉積速率快；

3、成膜質量好，針孔少，不易龜裂

PECVD設備的基本結構：

PECVD設備主要由真空和壓力控制系統、淀積系統、氣體及流量控制、系統安全保護系統、計算機控制等部分組成。其設備結構框圖如圖2所示。

1、真空和壓力控制系統

真空和壓力控制系統包括機械泵、分子泵、粗抽閥、前級閥、閘板閥、真空計等。為了減少氮氣、氧氣以及水蒸氣對淀積工藝的影響，真空系統一般采用干泵和分子泵進行抽氣，干泵用于抽低真空，與常用的機械油泵相比，可以避免油泵中的油氣進入真空室污染基片。在干泵抽到一定壓力以下后，打開閘板閥，用分子泵抽高真空。分子泵的特點是抽本體真空能力強，尤其是除水蒸汽的能力非常強。

2、淀積系統

淀積系統由射頻電源、水冷系統、基片加熱裝置等組成。它是PECVD的核心部分。射頻電源的作用是使反應氣體離子化。水冷系統主要為PECVD系統的機械泵、羅茨泵、干泵、分子泵等提供冷卻，當水溫超過泵體要求的溫度時，它會發出報警信號。冷卻水的管路采用塑料管等絕緣材料，不可用金屬管。基片加熱裝置的作用使樣品升溫到工藝要求溫度，除掉樣品上的水蒸氣等雜質，以提高薄膜與樣品的附著力。

3、氣體及流量控制系統

PECVD系統的氣源幾乎都是由氣體鋼瓶供氣，這些鋼瓶被放置在有許多安全保護裝置的氣柜中，通過氣柜上的控制面板、管道輸送到PECVD的工藝腔體中。

在淀積時，反應氣體的多少會影響淀積的速率及其均勻性等，因此需要嚴格控制氣體流量，通常采用質量流量計來實現精確控制。

影響工藝的因素：

影響PECVD工藝質量的因素主要有以下幾個方面：

1、極板間距和反應室尺寸

PECVD腔體極板間距的選擇要考慮兩個因素：

（1）起輝電壓：間距的選擇應使起輝電壓盡量低，以降低等離子電位，減少對襯底的損傷。

（2）極板間距和腔體氣壓：極板間距較大時，對襯底的損傷較小，但間距不宜過大，否則會加重電場的邊緣效應，影響淀積的均勻性。反應腔體的尺寸可以增加生產率，但是也會對厚度的均勻性產生影響。

2、射頻電源的工作頻率

射頻PECVD通常采用50kHz~13.56MHz頻段射頻電源，頻率高，等離子體中離子的轟擊作用強，淀積的薄膜更加致密，但對襯底的損傷也比較大。高頻淀積的薄膜，其均勻性明顯好于低頻，這時因為當射頻電源頻率較低時，靠近極板邊緣的電場較弱，其淀積速度會低于極板中心區域，而頻率高時則邊緣和中心區域的差別會變小。

3、射頻功率

射頻的功率越大離子的轟擊能量就越大，有利于淀積膜質量的改善。因為功率的增加會增強氣體中自由基的濃度，使淀積速率隨功率直線上升，當功率增加到一定程度，反應氣體完全電離，自由基達到飽和，淀積速率則趨于穩定。

4、氣壓

形成等離子體時，氣體壓力過大，單位內的反應氣體增加，因此速率增大，但同時氣壓過高，平均自由程減少，不利于淀積膜對臺階的覆蓋。氣壓太低會影響薄膜的淀積機理，導致薄膜的致密度下降，容易形成針狀態缺陷；氣壓過高時，等離子體的聚合反應明顯增強，導致生長網絡規則度下降，缺陷也會增加。

5、襯底溫度

襯底溫度對薄膜質量的影響主要在于局域態密度、電子遷移率以及膜的光學性能，襯底溫度的提高有利于薄膜表面懸掛鍵的補償，使薄膜的缺陷密度下降。

襯底溫度對淀積速率的影響小，但對薄膜的質量影響很大。溫度越高，淀積膜的致密性越大，高溫增強了表面反應，改善了膜的成分。

PECVD等離子增強化學氣相沉積應用：

• 等離子誘導表面改性：就是通常所說的用等離子實現表面改性(如親水性、疏水性等)

• 等離子清洗：去除有機污染物

• 等離子聚合：對材料表面產生聚合反應

• 沉積二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）、DLC(類金剛石)，以及其它薄膜

• CNT(碳納米管)和石墨烯的選擇性生長：在需要的位置生長CNT或石墨烯

PECVD經典應用：

PECVD的經典應用之一是在晶體硅太陽能電池上沉積SiNx減反射薄膜，可以充分吸收太陽光，降低反射，并且氮化硅膜有鈍化的作用，保護電池片不受污染。

1、減反射

利用光的干涉原理，通過調整膜厚與折射率，使得R1與R2相消干涉，達到減反射的目的。要達到此目的，對膜厚和折射率的要求如下：

2、鈍化

由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氫，可以很好的鈍化硅中的位錯、表面懸掛鍵，從而提高了硅片中載流子遷移率，一般要提高20%左右，同時由于SiN薄膜對單晶硅表面有非常明顯的鈍化作用。

面鈍化的主要作用是保護半導體器件表面不受污染物質的影響，表面鈍化可降低表面態密度。

體鈍化在SiN減反射膜中存在大量的H，在燒結過程中會鈍化晶體內部懸掛鍵。