CVD vs. PVD: Dünnschichtabscheidung im Vergleich

Beide Verfahren scheiden dünne Schichten auf Wafern ab. Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) reagieren Gase an der Waferoberfläche und bilden die Schicht. Bei der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), etwa dem Sputtern, werden Atome aus einem festen Target herausgeschlagen und landen ohne chemische Reaktion auf dem Wafer. CVD ist die übliche Wahl für Isolatoren und für die gleichmäßige Beschichtung tiefer Strukturen, PVD die übliche Wahl für Metalle.

Aspekt	CVD	PVD (Sputtern)
Prinzip	Gasförmige Precursor reagieren chemisch auf der erhitzten oder plasmaaktivierten Waferoberfläche	Atome werden physikalisch aus einem festen Target herausgelöst (zum Beispiel durch Argonionen) und kondensieren auf dem Wafer
Typische Materialien	Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Polysilizium, Wolfram, Low-k-Dielektrika	Metalle wie Aluminium, Titan, Titannitrid, Tantal und Kupfer-Seed-Schichten
Kantenbedeckung	Gut, besonders bei LPCVD; ALD ist noch besser	Abscheidung in direkter Sichtlinie, daher werden tiefe Gräben und Löcher schlecht bedeckt (verbessert durch ionisiertes PVD)
Temperatur	Höher: LPCVD bei etwa 600 bis 800 °C, Plasma-CVD bei etwa 200 bis 400 °C	Niedriger: von Raumtemperatur bis zu einigen hundert Grad
Schichtreinheit	Kann Wasserstoff, Kohlenstoff oder Chlor aus den Precursoren enthalten	Hoch, bestimmt durch die Reinheit des Targets
Umgebung	Atmosphärendruck bis Niederdruck, mit reaktiven Gasen	Hochvakuum mit einem Inertgasplasma
Gefahrstoffe	Giftige, brennbare oder ätzende Gase (Silan, WF6) erfordern sorgfältige Handhabung und Abgasreinigung	Weniger gefährliche Chemikalien, aber Hochvakuum- und Plasmaanlagen
Typische Einsatzgebiete	Zwischenschichtdielektrika, Spacer, Polysilizium-Gates, Wolfram-Plugs	Barriere- und Seed-Schichten für Kupferleitbahnen, Aluminium-Pads, Kontaktmetalle

Die Zahlenangaben sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.

Wann welches einsetzen

CVD: Wenn Sie eine isolierende Schicht brauchen oder eine Schicht, die steile Strukturen gleichmäßig bedecken muss.
PVD: Wenn Sie bei niedriger Temperatur eine reine Metallschicht brauchen, zum Beispiel die Seed-Schicht für die Kupfergalvanik.
Zusammen: Ein Chip nutzt beide: CVD baut die isolierenden Schichten auf, und PVD scheidet die dünnen Metall-Liner in den Öffnungen ab, bevor diese gefüllt werden.

FAQ

Was ist der Hauptunterschied zwischen CVD und PVD?

CVD erzeugt die Schicht durch chemische Reaktionen von Gasen auf dem Wafer, während PVD, etwa das Sputtern, Atome physikalisch aus einem festen Target auf den Wafer schleudert.

Warum bedeckt CVD steile Strukturen besser?

Gasmoleküle können in Gräben und Löcher gelangen und überall auf der Oberfläche reagieren. PVD scheidet in geraden Linien ab, sodass tiefe, schmale Strukturen schlecht bedeckt werden.

Was wird für Metallleitbahnen verwendet?

Beides. PVD dient für Barriere- und Seed-Schichten und Aluminium-Pads, während CVD Wolfram-Plugs abscheidet. Kupfer wird durch Galvanik über einer PVD-Seed-Schicht gefüllt.

Was ist PECVD?

Plasmaunterstützte CVD nutzt ein Plasma zur Aktivierung der Gase, sodass Schichten bei niedrigeren Temperaturen von etwa 200 bis 400 °C abgeschieden werden können.

Wichtige Begriffe erklärt

CVD (chemische Gasphasenabscheidung): Chemical Vapor Deposition. Ein Verfahren, bei dem durch chemische Reaktionen von Quellgasen dünne Schichten auf einem Wafer abgeschieden werden.
Sputtern (Kathodenzerstäubung): Eine Art der PVD, bei der Ionen eines Plasmas auf ein Target prallen und die herausgeschlagenen Atome auf dem Wafer abgeschieden werden.
PECVD (plasmaunterstützte CVD): CVD, bei der Quellgase durch Plasma zersetzt werden, um Schichten abzuscheiden. Sie scheidet bei niedrigeren Temperaturen ab als thermische CVD und wird unter anderem für Isolierschichten in Verdrahtungsschritten verwendet.
LPCVD (Niederdruck-CVD): Thermische CVD bei vermindertem Druck. Schnellere Gasdiffusion ergibt gute Schichtdickengleichmäßigkeit und Kantenbedeckung, und in einem Vertikalofen lassen sich viele Wafer gleichzeitig bearbeiten. Sie dient für Polysilizium- und Nitridschichten.
ALD (Atomlagenabscheidung): Atomic Layer Deposition. Ein Abscheideverfahren, das selbstlimitierende Oberflächenreaktionen von Precursor-Gasen wiederholt und so die Schichtdicke Atomlage für Atomlage steuert.