物理气相沈积PVD报告.doc

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1、...本週報告主題：PVD薄膜製程設備介紹指導教授：志中教授組員名單吳佳政B85502011莊永全B85502017何昕霓B85502056林建豪B85502059謝肫仁B85502089.......內容大綱------頁次1.前言------12.PVD介紹-----13.蒸鍍介紹-----24.分子束磊晶生長-----35.濺鍍-----35.1長距離拋鍍（LongThrow）5.2直向性柱狀管濺鍍(collimatedFlux)5.3離子化金屬電漿(IMP)6.蒸鍍、濺鍍、分子束磊晶成長三者的比較-----87.PVD製

2、程設備介紹-----97.1蒸鍍7.2離子化濺鍍的製程設備介紹8.專利新知-----209.未來PVD的發展趨勢-----2310.Reference-----25.......1.前言：CVD（Chemicalvapordeposition），是透過化學反應將具揮發性的成分與其他氣體反應以產生非揮發性且積在Substrate上的固態產物如生成導體鎢、多晶系，半導體單晶系，絕緣體介電材料PSG等等。所具備的特點是積的種類多樣化，成本低，且能夠批次處理。和PVD相較起來，更明顯的優點是在stepcoverage上的表現佳，CVD可

3、避免stepcoverage的情況發生。但隨著環保的需求逐漸抬頭，CVD製程含大量有毒、易燃燒、易爆炸物質，且CVD的製程中及製程後包含了以水來清洗，或是再燃燒的過程，水洗造成水質污染、再燃燒造成空氣污染，對環境都造成傷害。而PVD傷害較低，這將是本製程非常重要的優點之一。本文將先介紹PVD的製程，在比較不同PVD製程後，簡介蒸鍍、濺鍍不同的設備概況。2.PVD介紹物理氣相積(PhysicalVaporDeposition,PVD)是今日在半導體製程中，被廣泛運用於金屬鍍膜的技術。以現今之金屬化製程而言:舉凡Ti、TiN、TiW

4、等所謂的「反擴散層」(barrierlayer)，或是「黏合層」(gluelayer);Al之栓塞(plug)及導線連接(inter.......connect)，以及高溫金屬如WSi、W、Co等，都可使用物理氣相積法來完成。隨著半導體晶片所需金屬層數(metallayer)愈來愈多，後段金屬鍍膜的比重也愈形重要，估計將來甚至可達到一半以上。因此而言，物理氣相積法，半導體製程上，扮演著舉足輕重的角色。一般來說，物理氣相積法可包含下列三種不同之技術:A.蒸鍍(Evaporation)。B.分子束磊晶成長(MolecularBeam

5、Epitaxy,MBE)。C.濺鍍(Sputter)。3.蒸鍍介紹表1：蒸鍍化學過程.......以熱將蒸鍍源加熱，使蒸發成蒸氣，到被鍍物上積。如表1，是蒸鍍在實際過程中所發生的化學反應過程表示式。蒸鍍以熱將蒸鍍源加熱，使蒸發為蒸氣後積。所以本製程的缺點在於成分的控制不易，舉表1中的MX分解為例。由於採用蒸發的方式，若是蒸發化合物，如硫化二銀，就有可能產生硫和銀分解的狀況，使得被鍍物的成分不精確。此外，在表1的受熱分解方程式中，Oxides會因熱分解而產生氧氣和還原的元素，但氧氣卻容易被vacuumpump吸收，造成蒸發源和積物

6、之間成分的不相等，發生明顯的成分不精確。此外，在蒸鍍合金時，被鍍物的鍍膜不會依照合金的比例，反而會依照合金蒸發後的蒸氣壓比鍍在被鍍物上，造成被鍍膜成分的估算錯誤。4.分子束磊晶生長此製程有實際執行上的困難度，並不常在工業界中使用，故不討論。5.濺鍍濺鍍利用電漿產生的離子，藉著離子對被覆材料電擊靶材的轟擊，使電漿內具有被覆材料的原子，在進行薄膜積反應。濺鍍本身受到濺射原子，多元散射方向的影響，不易得到在接觸洞(contacthole)連續且均勻覆蓋(conformal)的金屬膜，進而影響填洞(holefilling)或栓塞(plu

7、g-in)的能力。因此，現在濺鍍技術的重點，莫不著重於改進填洞時之階梯覆蓋率(stepcoverage)，以增加Ti/TiN反擴散層/黏合層/濕潤層(wettinglayer)等之厚度:或是發展鋁栓塞(Al-plug)及平坦化製程(planarization)，以改善元件之電磁特性，並簡化製造流程，降低成本等。.......現今傳統的濺鍍方法，無法在小接觸口尺寸及高尺寸比的接觸洞，得到理想的階梯覆蓋率。過於嚴重的接觸洞口肩部積(shoulder或overhang)，常會導致洞口完全被封住。以致洞口底部留下孔隙(voids)，而無

8、法達到所需的積厚度。下述三種方法即為了改善不良的階梯覆蓋率，而發展出來的技術:5.1長距離拋鍍（LongThrow）藉著增加靶極(target)與晶圓間的距離（約一般濺鍍距離的兩倍），並且減少通入氣體之流量(亦即在較低的製程壓力下操作)。從靶極被濺射而出的金屬原