更新时间:2025-11-27 05:58:53 浏览: 次
施加到靶材(Target)上的直流(DC)或射频(RF)功率。功率大小直接决定了从靶材上被轰击出的原子数量和能量。
产线视角:这是最直接的“油门”。提高功率 = 提高沉积速率,可以增加产能(Throughput)。但事情没那么简单。过高的功率会增加薄膜的应力(Stress),可能导致薄膜开裂或起泡;同时也会影响薄膜的微观结构,比如晶粒大小,进而影响电阻率和后续的刻蚀特性。你需要在产能和薄膜质量之间找到一个最佳平衡点。
专业解释:PVD工艺中,工作气体(通常是氩气,Ar)在真空腔体内的压力。这个参数决定了等离子体的密度和溅射出原子的飞行路径。
高压力:意味着Ar原子密度大,等离子体更易辉光,但原子碰撞频繁。从靶材溅射出来的金属原子在飞向晶圆的途中会与大量Ar原子碰撞,能量损失大,方向性变差。结果是薄膜均匀性可能变好,但阶梯覆盖能力(Step Coverage)会变差。
低压力:碰撞减少,金属原子飞行“准头”更好(更具方向性),因此阶梯覆盖能力会提升,尤其利于填充高深宽比的结构。但低压力下起辉更难,且薄膜应力通常会更高。
专业解释:在晶圆基座(Substrate Holder)上施加一个射频(RF)偏压,使到达晶圆表面的Ar离子带有一定能量,对正在生长的薄膜进行“轻微轰击”。
产线视角:这是先进节点PVD工艺的灵魂。没有偏压的PVD就像是“温柔的下雪”,原子随机落下。而施加偏压后,就变成了“有控制的冰雹”,Ar离子会把那些松散附着在结构侧壁或拐角处的金属原子“敲”到沟槽或通孔的底部。这个过程我们称为**“再溅射”(Re-sputtering)**。它的巨大好处是:
让薄膜更致密,电阻率更低。当然,偏压过高会损伤下层结构,或把薄膜“溅射”掉的比沉积的还多,所以控制好偏压是P-engineer(工艺工程师)的一项核心技能。
产线视角:这是你的日常KPI。Rs直接影响到芯片的RC延迟,决定了芯片的运行速度。产线上用来监控PVD工艺稳定性的首要参数就是四探针(4-Point Probe)测出的Rs及其均匀性(Uniformity)。一个5%的Rs漂移,对于高性能芯片来说可能是致命的。当你发现Rs OOS(超出规格)时,就要立刻去检查功率、压力、靶材寿命等一系列参数。
专业解释:薄膜在沉积后由于晶格失配、热膨胀系数不同等原因,内部产生的拉伸(Tensile)或压缩(Compressive)力。
高拉伸应力(Tensile):会导致薄膜开裂(Crack),或者在后续CMP(化学机械抛光)过程中发生金属线剥离(Peeling/Delamination)。
高压缩应力(Compressive):会导致薄膜屈曲起皱(Buckling),或形成“小山包”(Hillock),可能刺穿上层介电层,造成层间短路。控制应力在BEOL工艺集成中至关重要,它决定了你多层金属堆叠的稳定性。
专业解释:衡量薄膜在复杂形貌(如台阶、沟槽、通孔)上的覆盖保形能力。通常定义为结构底部(Bottom)或侧壁(Sidewall)的膜厚与平坦区域膜厚的百分比。
产线视角:这是PVD工艺在先进节点面临的最大挑战。随着通孔/沟槽的**深宽比(Aspect Ratio, AR = Depth/Width)**越来越大,PVD就像试图在大雪天给一个又深又窄的胡同底部均匀铺上雪,非常困难。
产线视角:靶材是消耗品,有“寿命”(Lifetime)的概念。随着使用,靶材表面会被不均匀地刻蚀,形成“跑道”(Racetrack),影响沉积均匀性。靶材寿命终结(EOL)时必须更换。此外,还有一个重要概念叫“靶材中毒”(Target Poisoning),主要发生在反应溅射(如沉积TiN时通入N2)中,靶材表面形成了化合物,导致溅射效率急剧下降,沉积速率不稳定。
专业解释:安装在PVD腔体内部,用于保护腔壁不被沉积物污染,并约束等离子体区域的硬件组件。
产线视角:Shield也是消耗品。当它上面积累的膜厚到一定程度,会因为应力而剥落,产生颗粒(Particles),这是PVD工艺中最主要的缺陷来源。因此,定期的PM(Preventive Maintenance,预防性维护)更换Shield Kit,并进行清洁,是保证低缺陷率的黄金法则。
专业解释:在进入PVD主腔体前,晶圆会先进入一个加热的真空模块,去除其表面吸附的水汽和其他挥发性分子。
产线视角:尤其是在沉积需要良好界面特性的薄膜(如接触层金属Ti/TiN)时,Degas步骤至关重要。如果水汽没除干净就被带入主腔体,会在金属和硅的界面形成一层很薄的氧化层,导致接触电阻(Contact Resistance)急剧升高。这是一个非常隐蔽但影响巨大的问题。
专业解释:在靶材和晶圆之间放置一个蜂窝状的物理过滤器(准直器),只允许垂直飞行的金属原子通过,从而过滤掉斜向飞行的原子。
产线视角:这是早期用来提升阶梯覆盖率的一种“物理”方法。它的优点是简单直接,能有效提升底部覆盖。缺点是沉积速率会大幅下降(因为大部分原子被挡住了),而且准直器本身也会成为颗粒源。在I-PVD和衬底偏压技术成熟后,单纯的准直溅射用得越来越少了,但这个概念有助于你理解PVD方向性的发展历史。
理解并熟练运用这些术语,会让你在处理PVD工艺问题时,能够从现象(如Rs升高)快速定位到根本原因(可能是压力漂移、靶材老化或是偏压异常),从而成为一名真正合格的薄膜工艺工程师。
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