MEMS器件中一般需要复杂的膜层结构设计，一方面可以单一作为钝化层，介电层，牺牲层，一方面可以利用他们的组合形成多层结构，用于应力的匹配等。常用的薄膜有氧化硅、氮化硅，它们的质量对于器件的加工和性能具有关键作用。

薄膜的生长方法主要有常压化学气相沉积（APCVD），低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体化学气相沉积(PECVD)等，常压和低压由于工艺温度比较高，制备的薄膜具有较高的质量，但是不适用已经含有金属膜层的器件。而PECVD由于其强大的兼容性，可以在室温到400℃左右调节，使其成为使用频率最高的镀膜设备。

图1给出了常见的PECVD设备，主要有以下几部分组成：

1）射频电极（上电极）：提供分解原料气体的电场能量，使原料气体产生等离子体；

2）晶圆电极（下电极）：提供晶圆的载体以及晶圆的加热；；

3）真空泵：用于提供气体流动的压力以及降低气体分解需要的能量；

4）原料气体：一般氧化硅为SiH₄，N₂O，N₂，氮化硅为SiH₄，NH₃,N₂，硅烷提供硅源，N₂O提供氧源，N₂为运输载体。

图1

图2给出了二氯甲硅烷和氢气的CVD过程，硅烷首先在射频电极的作用下分解为等离子体，反应物向衬底表面扩散并产生吸附；然后，两者反应物在衬底表面发生反应，形成硅和反应产物；最后反应产物脱附和扩散，一般反应产物为气态。

图2

根据CVD的化学反应过程，那么如何控制参数来实现我们想要的薄膜呢？如图3左所示，其中，薄膜延x方向的厚度与生长速率息息相关，进一步影响薄膜的质量，生长概率参数一般为固定值，反应气体浓度取决于气体输送效率，反应的活化能取决于射频的功率以及施加在晶圆的温度。那么我们当将整体薄膜拆分为无数个x时，定位一点的薄膜实际质量主要受到两部分反应速度影响：1)反应气体从主气流传输到基板表面的速度，通过气压和气体流量控制；2）化学反应的速率，通过温度、射频功率控制。图3右给出了温度与薄膜厚度的影响，红线代表气体输送速率，绿线代表反应速率，当气流和气压比大且温度较高时，反应主要受到质量传输速率的限制，相反则受到质量传输速率的限制。

图3

那我们如何通过PECVD中的各相参数来优化到所需的性质呢？以PECVD制备氧化硅为例，常用的PECVD设备中包括以下几项参数：硅烷、一氧化二氮、氮气的流量、腔体压力、射频功率、下极板温度。根据芯云了解，参数的调控方向大致如下：

1）通过硅烷和一氧化二氮的比例来调节薄膜的介电性能和应力，往往硅烷/一氧化二氮的值越大，薄膜的介电性能越差，硅烷的浓度越大，薄膜的应力越小。

2）通过射频功率和氮气的流量控制沉积的速率，射频影响等离子体的能量，氮气为运输载体，起到稀释反应气体作用。

3）通过下极板温度调控薄膜生长的致密度和应力，往往温度越高，薄膜的致密度越好，温度越高，薄膜趋向于拉应力。

4）在相同的流量条件下，通过腔体压力调控薄膜的应力。

通过上述整体工艺的优化，可以制备出应力在-260MPa～+50MPa的氧化硅薄膜，-100MPa～+500MPa的氮化硅薄膜。