薄膜工藝

薄膜沉積技術主要分為CVD和PVD兩個方向。PVD主要用來沉積金屬及金屬化合物薄膜,分為蒸鍍和濺射兩大類，目前的主流工藝為濺射。CVD主要用于介質/半導體薄膜，廣泛用于層間介質層、柵氧化層、鈍化層等工藝。

薄膜機臺工藝原理是將所需的溶液或氣體加熱或冷卻，并使用適當的壓力和流量使之穿過預定閥門，以控制所需的物理過程。這些過程可能包括氣相沉積、離子束外延、濺射和物理沉積等。設備原理是使溶液或氣體流經或進入被涂覆物表面，以使所需的物理過程發生。

薄膜區域主要包括等離子體增強型CVD，LPCVD，MO-CVD設備和PVD設備等機臺，主要用于沉積TI、AL、W、ALSICU、TIN、ALCU、BPSG、TIN、SION、SIO2等薄膜。不同薄膜的淀積原理和流程不同，例如金屬W的淀積，主要分為三個過程：SIH4浸潤、成核、大批淀積。通過SiH4浸潤產生Si和H2，Si與WF6反應形成薄層W,最后WF6與H2發生反應大面積產生W。

真空蒸鍍原理是對金屬材料進行加熱使之沸騰后蒸發并沉積到硅片表面。該方法優點在于工藝簡單、操作容易，所以制備的薄膜純度較高，生長機理簡單，但是形成的薄膜臺階覆蓋率和粘附能力都較差，所以熱蒸發法只限于早期的中小規模集成電路制造。電子束蒸鍍工藝的優點是蒸發速度快、無污染、可精確控制膜厚等，可以實現ULSI上的金屬薄膜沉積，但是在ULSI工藝中的通孔、接觸孔等，使用電子束蒸發無法進行孔內的金屬覆蓋。

直流濺射DCPVD：靶材只能是導體，主要用于沉積金屬柵。是利用電場加速帶電離子，使離子和靶材表面原子碰撞，將后者濺射出來射向襯底，從而實現薄膜的沉積。使用DCPVD濺射絕緣材料時會導致正電荷在靶材表面積累，靶材的負電性減弱直至消失，導致濺射終止，因此不適用絕緣材料沉積；另外，DCPVD啟輝電壓高，電子對襯底的轟擊強。射頻濺射RFPVD：適合各種金屬和非金屬材料。采用射頻電源作為激勵源，轟擊出的靶材原子動能較DCPVD更小，因此既可以沉積金屬也可以沉積非金屬材料，但由于臺階覆蓋率能力不如CVD，一般多用CVD沉積絕緣材料；RFPVD在改變薄膜特性和控制粒子沉積對襯底損傷方面有獨特優勢，因此可以用來配合直流磁控PVD使用，來降低DCPVD對圓片上的器件的損傷。

磁控濺射是一種在靶材背面添加磁體的PVD方式，利用濺射源在腔室內形成交互的電磁場，延長電子的運動路徑進而提高等離子體的濃度，最終實現更多的沉積。磁控PVD等離子體濃度更高，可以實現極佳的沉積效率、大尺寸范圍的沉積厚度控制、精確的成分控制等，主要用于Al金屬籽晶層、TiN金屬硬掩膜，在當前金屬薄膜PVD中處于主導地位。

濺射工藝條件

1）工藝氣體：工藝氣體應不與要沉積的薄膜反應，所以氣體僅局限于惰性氣體Ar2是最常用的，既便宜又可保證足夠的離化率 。

2）工藝壓力：壓力的范圍是由輝光放電所要保證一定的氣體離化率（磁控濺射的下限是2～3mT）和氣體離子轟擊出靶原子運動的平均自由程（上限為100mT）的要求來折中確定的。

3）真空度：濺射腔體必須具備一定的真空度，一般≤5.0E-7Torr即可。真空度低，沉積的膜易被氧化或與某些殘氣反應，影響薄膜性質。

4）襯底溫度：PVD工藝中一個重要因素。溫度變化會影響膜的許多參數，如：應力、均勻性、電阻率及臺階覆蓋、淀積速率等。

5）濺射功率：離子要轟擊靶材必須具備一定的能量，這能量對不同的工藝有具體要求，具體是由所要成膜特性所定。濺射功率最直接影響到濺射速率。

6）磁場：磁場最直接影響到濺射速率及膜的均勻性。

7）間距：指圓片到靶的距離，一般為4 ~ 6cm。它最直接影響到濺射速率及膜的均勻性。

inline監控以及offline監控

Inline監控主要包括thickness、Uniformity、defects，而offline監控則包括：thickness、particle、temperature、Uniformity、RS、backside pressure等。

氮化鈦(TiN) 的作用

1）當作擴散阻障層(diffusion barrier layer)， 阻障鋁與氧化硅之間的擴散。

2）當作粘著層(glue layer)，鎢與氧化硅附著力不好，在二者之間加入氮化鈦可以增加彼此的粘著力。

3）當作反反射層(ARC layer), 為了在微影技術制程中為達到高的分辨率，所以需一層抗反射層鍍膜以減少來自鋁的高反射率。

加Cu作用

電流在鋁金屬層移動時，鋁原子會沿著晶粒界面而移動，若此現象太過劇裂，會導致金屬線斷路，添加少量的銅可以防止鋁線斷線，添加0.5%的銅，而太多銅，會造成蝕刻困難(銅的氯化物不易揮發)。

常見異常

薄膜區出來的wafer在鏡檢處可能會出現表面發灰、發花色差、黑點、背面沾污、水跡等。其原因可能是由于工藝或設備異常所致，例如表面發灰可能是由于Al工藝片表面反射率低，可能為機臺漏真空導致。黑點是由于圓晶表面在長膜前或長膜中掉落顆粒導致長完膜呈現黑點異常現象。另外，圓晶表面呈現出不規則花色條紋色差可能是由于膜厚不均勻或其他原因所致。

審核編輯：湯梓紅