在芯片制造的微观世界里，二氧化硅薄膜如同为硅晶圆披上的纳米级外衣。然而，这件外衣的覆盖效果却因沉积方法的不同而呈现出天壤之别——从均匀完美的保形覆盖到厚薄不均的选择性沉积。

分子运动与台阶覆盖的基本原理

在低压环境中，气体分子的运动遵循平均自由程规律。当反应室压力降低时，分子间的碰撞减少，它们以更直接的路径飞向晶圆表面。这种直线飞行特性使得低压力沉积具有更好的台阶覆盖能力，因为分子能够深入微观结构的底部和侧壁。

表面迁移率是另一个关键因素。当反应物分子到达晶圆表面后，那些具有足够能量的分子会在表面扩散，寻找合适的反应位点。高表面迁移率使得分子能够从突出的台阶边缘移动到凹陷的侧壁，实现更均匀的薄膜分布。

反应机制则决定了沉积过程的选择性。某些前驱体只在特定条件下分解反应，这导致了在不同表面形貌上的沉积速率差异。

TEOS SiO2

正硅酸乙酯（TEOS）在高温下分解沉积二氧化硅的过程，展现了出色的台阶覆盖能力。TEOS分子相对较大，在典型的LPCVD工艺条件下（压力0.1-1 Torr，温度650-750℃），它们到达晶圆表面后仍保持较高的表面迁移率。

TEOS分子的表面迁移较高：分子在热驱动下沿着表面扩散，不受初始入射位置的限制。它们能够从凸出的台阶顶部迁移到凹陷的侧壁，最终在整个三维结构表面实现近乎完美的均匀覆盖。这种特性使得TEOS特别适合深宽比超过5:1的深孔填充。

然而，TEOS工艺需要相对较高的温度，这在某些热敏感应用中成为限制因素。同时，TEOS分解会产生乙醇等有机副产物，可能影响薄膜的纯度和电学性能。

硅烷与笑气 SiO2

SiH₄ + N₂O反应体系展现了完全不同的沉积特性。在典型的PECVD工艺中（压力1-10 Torr，温度300-400℃），硅烷与笑气在等离子体激活下发生快速反应。

这种体系的沉积过程较快：反应物分子在气相中或表面快速反应，分子来不及在表面充分迁移就固定下来。结果导致在台阶的顶部和底部边缘沉积较快，而在侧壁沉积较慢，形成明显的厚薄差异。

其他前驱体体系的独特个性

乙硅烷（Si₂H₆）与氧气体系提供了另一种选择。乙硅烷比单硅烷具有更高的反应活性，能够在更低的温度下实现沉积。其分子结构使得在表面迁移和反应活性之间达到不同的平衡点，从而产生介于TEOS和硅烷之间的台阶覆盖特性。

工艺参数的调控

除了前驱体选择，工艺参数对台阶覆盖同样具有决定性影响。压力调节能够改变分子的平均自由程：低压促进直线飞行，改善深孔内部的覆盖；而适当提高压力可以增强气相反应，改变沉积特性。

温度控制直接影响表面迁移率。在较高温度下，分子在表面的活动能力增强，有利于实现保形覆盖。

等离子体功率在PECVD中不仅激活反应，还会影响表面迁移和薄膜应力，需要精确平衡。