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半导体工艺之金属化工艺(五)
2025年06月06日 10:06   浏览:245   来源:小萍子

溅射相对于真空蒸发有几个优点。其中一个优点是前面提到的保持靶材材料成分不变。这一特性的直接好处是可以沉积合金和介质。含有2%铝或铜的靶材材料会在晶圆上形成铝和2%铜的薄膜。


溅射的阶梯覆盖也得到了改善(见下面的图中所示)。与从点源进行蒸发不同,溅射是一个平面源。材料从靶材的每个点被溅射出来,以各种角度到达晶圆,从而覆盖晶圆表面。通过旋转晶圆支架并加热晶圆,可以进一步改善阶梯覆盖。

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溅射薄膜对晶圆表面的粘附性也比蒸发工艺更好。到达的原子具有更高的能量,这使得粘附性更好,并且腔室内的等离子体环境对晶圆表面有“清洁”作用,增强了粘附性。通过接地晶圆支架并在沉积之前对晶圆表面进行短暂的溅射,可以增加粘附性和表面清洁度。在这种模式下,溅射系统作为离子刻蚀(溅射刻蚀,反向溅射)机器运行。


另一种改善深孔中阶梯覆盖和均匀薄膜形成的技术是使用准直束(见下面的图中所示)。原子从靶材上以多种角度散开,倾向于先填满孔的侧面,而不是底部。准直器是一种类似蜂窝结构的物理屏障板,带有圆形或六边形孔。它接地以保持电中性。以陡峭角度到达准直器的原子会被捕获在侧面,而角度更直的原子则继续到达晶圆表面。准直器的厚度决定了原子束的准直程度。

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使用准直器系统可以在深高纵横比孔中实现均匀的薄膜覆盖。通常,溅射的靶材材料是原子。研究人员发现,将金属引入等离子体中会产生离子。此外,对晶圆施加偏压可以将金属离子直接吸引到孔中,从而提供更均匀的覆盖。这一过程称为离子化沉积或I-PVD。此外,在孔的底部会发生二次溅射。首先沉积一层金属,然后入射的离子有效地溅射底层,使其重新沉积到孔的侧壁上(见下面的图中所示)。

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溅射的最大贡献可能是通过平衡溅射参数(压力、沉积速率和靶材材料)来控制薄膜特性。可以使用多个靶材排列在一次工艺中溅射材料夹层。


需要清洁干燥的氩气(或氖气)以保持薄膜成分特性,并且需要低湿度以防止沉积薄膜发生不必要的氧化。将晶圆装入腔室后,通过真空泵(抽气)将压力降低到1×10⁻⁹托范围。引入氩气并将其电离。控制进入腔室的氩气量至关重要,因为它会影响腔室内的压力。在氩气和溅射材料进入腔室后,压力上升到大约10⁻³托。腔室压力是系统沉积速率的一个关键参数。在从靶材释放材料后,氩离子、溅射材料、气体原子和由溅射过程产生的电子在靶材前方形成了一个等离子体区域。等离子体区域可以通过其紫色的辉光来识别。等离子体区域与靶材之间被一个称为暗区的黑暗区域分隔开。


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