高密度等离子体化学气相沉积工艺--HDP-CVD 作用机理-----------纳米集成电路制造工艺 张汝京等 编著
在HDP-CVD工艺问世之前，大多数芯片厂普遍采用等离子体增强化学气相沉积（PE-CVD）进行绝缘介质的填充。这种工艺对于大于 0.8um 的间隔具有良好的填孔效果，然而对于小于 0.8μm的间隔，用 PE-CVD 工艺一步填充这么高的深宽比（定义为间隙的深度和宽度的比值）的间隔时会在间隔中部产生夹断（pinch-off）和空穴（见图4.12）。
其他一些传统 CVD 工艺，如常压 CVD（APCVD）和亚常压 CVD（SACVD）虽然可以提供对小至 0.25μm的间隔的无孔填充，但这些缺乏等离子体辅助沉积产生的膜会有低密度和吸潮性等缺点，需要增加 PE-CVD 薄膜对其进行保护，或者进行后沉积处理（如退火回流等）。这些工序的加入同样提高了生产成本，增加了整个工艺流程的步骤和复杂性。
为了同时满足高深宽比间隙的填充和控制生产成本，诞生了HDP-CVD 工艺，它的特点在于，可以在同一个反应腔中同步地进行沉积和物理轰击（见图 4.13），从而实现绝缘介质在沟槽中的bottom-up 生长。
为了形成高密度等离子体，需要有激发混合气体的射频（RF）源，并直接使高密度等离子体到达硅片表面。在HDP-CVD 反应腔中（见图 4.14）C，主要是由电感耦合等离子体反应器（ICP）来产生并维持高密度的等离子体。当射频电流通过线圈（coil）时会产生一个交流磁场，这个交流磁场经由感应耦合即产生随时间变化的电场，如图4.15所示。电感耦合型电场能加速电子并能形成离子化碰撞。由于感应电场的方向是回旋型的，因此电子也就往回旋方向加速，使得电子因回旋而能够运动很长的距离而不会碰到反应腔内壁或电极，这样就能在低压状态（几个 mT）下制造出高密度的等离子体。
为了实现 HDP-CVD 的bottom up 生长，首先要给反应腔中的高能离子定方向，所以沉积过程中在硅片上施加RF 偏压，推动高能离子脱离等离子体而直接接触到硅片表面，同时偏压也用来控制离子的轰击能量，即通过控制物理轰击控制CVD沉积中沟槽开口的大小。在 HDP-CVD 反应腔中，等离子体离子密度可达1011～1012/cm3（2～～10mT）。由于如此高的等离子体密度加上硅片偏压产生的方向，使 HDP-CVD 可以填充深宽比为4：1 甚至更高的间隙。
