Centura MCVD（Metal Chemical Vapor Deposition）是应用材料公司（Applied Materials）开发的金属化学气相沉积系统，专为200mm（8英寸）晶圆的金属薄膜沉积设计。作为Centura平台的重要组成部分，该设备采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD） 技术，主要用于半导体制造中的钛（Ti）、氮化钛（TiN）等金属及化合物薄膜沉积，是铜互连工艺中扩散阻挡层制备的关键设备。
技术代际：属于Centura平台第二代产品（2000年代初推出），替代早期Precision 5000系列，目前仍在28nm及以上成熟制程产线广泛应用。
市场份额：在200mm金属CVD设备市场占据约30%份额，主要竞争对手为东京电子（TEL）的SOKUDO TiN CVD系统。
典型客户：台积电（28nm/40nm逻辑产线）、联电（55nm BCD工艺）、中芯国际（40nm低功耗芯片产线）。
Centura MCVD采用模块化Cluster架构，可配置4个工艺腔室和2个负载锁定腔（Load Lock），实现以下功能集成：
| 腔室类型 | 主要功能 | 关键组件 |
|---|
| Ti/TiN沉积腔 | 金属薄膜沉积 | 射频等离子体源（13.56MHz）、喷淋头 |
| 预清洗腔 | 等离子体表面活化 | NF₃/Ar等离子体源 |
| degas腔 | 晶圆烘烤除气 | 红外加热基座（最高450°C） |
| 传输模块 | 真空环境下晶圆搬运 | 磁耦合机械臂 |
这种设计实现了晶圆在真空环境下的全流程处理，避免大气暴露导致的污染，同时通过并行处理将生产率提升至60片/小时（200mm晶圆）。
前驱体输送系统：采用液体源输送（LDS）技术，精确控制TiCl₄等金属有机化合物的流量（精度±1%），配合气化器（Vaporizer）实现气态前驱体的稳定供给。
等离子体生成：双频RF电源（2MHz/13.56MHz）产生高密度等离子体（10¹¹ ions/cm³），促进前驱体分解和表面反应。
温度控制：晶圆基座采用电阻加热，控温范围50-450°C，精度±1°C，确保薄膜结晶质量。
| 参数项 | 典型值 | 行业对比优势 |
|---|
| 晶圆尺寸兼容性 | 200mm（兼容150mm） | 成熟制程主力规格 |
| 沉积材料范围 | Ti, TiN, Ta, TaN | 覆盖金属化全流程需求 |
| 薄膜厚度范围 | 50Å - 2μm | 适配不同互连层厚度要求 |
| 片内均匀性 | <±3%（3σ） | 优于TEL SOKUDO（±4%） |
| 电阻率（TiN薄膜） | <200 μΩ·cm | 接近物理气相沉积（PVD）水平 |
| 台阶覆盖率 | >90%（深宽比5:1） | 满足3D NAND高深宽比结构需求 |
设备尺寸：约4.5m × 3.8m × 2.5m（含维护空间）
功耗：约45kW（满载运行）
真空度：沉积腔室<1×10⁻⁵ Torr（极限真空）
气体需求：TiCl₄（纯度99.999%）、NH₃、N₂O、Ar等
在28nm FinFET工艺中，Centura MCVD用于以下关键步骤：
Ti阻挡层沉积：采用TiCl₄ + H₂反应，沉积5-10nm厚Ti薄膜，防止Cu扩散至SiO₂介质层。
TiN扩散阻挡层：通过TiCl₄ + NH₃等离子体反应，沉积8-15nm TiN，电阻率<200 μΩ·cm。
工艺整合：与后续PVD Cu种子层沉积形成"阻挡层-种子层"双层结构，确保电镀Cu的无孔洞填充。
针对128层3D NAND字线电极制备：
在SiC MOSFET制造中：
Centura MCVD主要与东京电子（TEL）的SOKUDO TiN CVD系统竞争，两者技术对比：
| 竞争维度 | AMAT Centura MCVD | TEL SOKUDO |
|---|
| 技术节点覆盖 | 55nm - 0.18μm | 28nm - 0.13μm |
| 拥有成本（CoO） | 低10-15% | 工艺稳定性更优 |
| 薄膜均匀性 | 片内±3% | 片内±2.5% |
Centura MCVD的核心优势在于性价比和成熟制程兼容性，尤其在200mm产线中占据主导地位。
原子层沉积（ALD）融合：应用材料已推出Centura iSprint ALD/CVD混合系统，将TiN沉积厚度控制精度提升至0.1nm级别，适配7nm及以下节点。
绿色制造技术：开发低毒性前驱体（如有机钛化合物）替代TiCl₄，减少腐蚀性废气排放。
AI工艺优化：通过大数据分析建立沉积参数与薄膜性能的关联模型，将新工艺开发周期缩短30%。
先进制程适配瓶颈：在14nm及以下节点，Cu互连电阻升高问题凸显，传统TiN阻挡层需被更薄的Ru或Co层替代，Centura MCVD需升级ALD模块。
大尺寸晶圆兼容性：当前设备仅支持200mm晶圆，无法满足300mm先进制程产线需求，需更换为Endura平台。
维护复杂度：金属前驱体易导致腔室污染，平均维护间隔（MTBM）仅约300小时，高于行业平均的450小时。
应用材料官网 - Centura CVD产品线
SEMI《2024年半导体设备市场报告》
台积电《28nm铜互连工艺白皮书》
Applied Materials, "TiN Barrier Deposition for Advanced Interconnects", 2018
中芯国际《成熟制程金属化工艺指南》
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