PVD工藝常用術語

一、核心工藝參數與控制 (Core Process Parameters & Control)

這是你在設定Recipe（工藝程序）和進行日常監控時最常接觸的參數。

1. Sputtering Power (濺射功率)

• 專業解釋： 施加到靶材（Target）上的直流（DC）或射頻（RF）功率。功率大小直接決定了從靶材上被轟擊出的原子數量和能量。

• 產線視角： 這是最直接的“油門”。提高功率 = 提高沉積速率，可以增加產能（Throughput）。但事情沒那么簡單。過高的功率會增加薄膜的應力（Stress），可能導致薄膜開裂或起泡；同時也會影響薄膜的微觀結構，比如晶粒大小，進而影響電阻率和后續的刻蝕特性。你需要在產能和薄膜質量之間找到一個最佳平衡點。

2. Chamber Pressure (腔體壓力)

• 專業解釋： PVD工藝中，工作氣體（通常是氬氣，Ar）在真空腔體內的壓力。這個參數決定了等離子體的密度和濺射出原子的飛行路徑。

• 產線視角： 腔體壓力是一個非常敏感的參數。

• • 高壓力： 意味著Ar原子密度大，等離子體更易輝光，但原子碰撞頻繁。從靶材濺射出來的金屬原子在飛向晶圓的途中會與大量Ar原子碰撞，能量損失大，方向性變差。結果是薄膜均勻性可能變好，但階梯覆蓋能力（Step Coverage）會變差。

  • 低壓力： 碰撞減少，金屬原子飛行“準頭”更好（更具方向性），因此階梯覆蓋能力會提升，尤其利于填充高深寬比的結構。但低壓力下起輝更難，且薄膜應力通常會更高。

3. Substrate Bias (襯底偏壓)

• 專業解釋： 在晶圓基座（Substrate Holder）上施加一個射頻（RF）偏壓，使到達晶圓表面的Ar離子帶有一定能量，對正在生長的薄膜進行“輕微轟擊”。

• 產線視角： 這是先進節點PVD工藝的靈魂。沒有偏壓的PVD就像是“溫柔的下雪”，原子隨機落下。而施加偏壓后，就變成了“有控制的冰雹”，Ar離子會把那些松散附著在結構側壁或拐角處的金屬原子“敲”到溝槽或通孔的底部。這個過程我們稱為**“再濺射”（Re-sputtering）**。它的巨大好處是：

• • 顯著提升底部覆蓋率（Bottom Coverage）。

  • 減少懸垂（Overhang），避免孔口過早封閉。

  • 讓薄膜更致密，電阻率更低。
    當然，偏壓過高會損傷下層結構，或把薄膜“濺射”掉的比沉積的還多，所以控制好偏壓是P-engineer（工藝工程師）的一項核心技能。

這些是衡量你PVD工藝好壞的“成績單”。

4. Sheet Resistance (Rs, 方塊電阻)

• 專業解釋： 單位為歐姆/平方（Ω/sq），是衡量導電薄膜電學特性的最常用指標。它與薄膜的電阻率（Resistivity）和厚度（Thickness）直接相關 (Rs = Resistivity / Thickness)。

• 產線視角： 這是你的日常KPI。Rs直接影響到芯片的RC延遲，決定了芯片的運行速度。產線上用來監控PVD工藝穩定性的首要參數就是四探針（4-Point Probe）測出的Rs及其均勻性（Uniformity）。一個5%的Rs漂移，對于高性能芯片來說可能是致命的。當你發現Rs OOS（超出規格）時，就要立刻去檢查功率、壓力、靶材壽命等一系列參數。

5. Stress (應力)

• 專業解釋： 薄膜在沉積后由于晶格失配、熱膨脹系數不同等原因，內部產生的拉伸（Tensile）或壓縮（Compressive）力。

• 產線視角： 應力是“沉默的殺手”。

• • 高拉伸應力（Tensile）： 會導致薄膜開裂（Crack），或者在后續CMP（化學機械拋光）過程中發生金屬線剝離（Peeling/Delamination）。

  • 高壓縮應力（Compressive）： 會導致薄膜屈曲起皺（Buckling），或形成“小山包”（Hillock），可能刺穿上層介電層，造成層間短路。
    控制應力在BEOL工藝集成中至關重要，它決定了你多層金屬堆疊的穩定性。

6. Step Coverage (階梯覆蓋率)

• 專業解釋： 衡量薄膜在復雜形貌（如臺階、溝槽、通孔）上的覆蓋保形能力。通常定義為結構底部（Bottom）或側壁（Sidewall）的膜厚與平坦區域膜厚的百分比。

• 產線視角： 這是PVD工藝在先進節點面臨的最大挑戰。隨著通孔/溝槽的**深寬比（Aspect Ratio, AR = Depth/Width）**越來越大，PVD就像試圖在大雪天給一個又深又窄的胡同底部均勻鋪上雪，非常困難。

• • 底部覆蓋率（Bottom Coverage）太差，會導致通孔電阻（Via Resistance）過高甚至開路（Open）。

  • 側壁覆蓋率（Sidewall Coverage）太差，會成為電遷移（Electromigration, EM）的薄弱點，影響芯片壽命。
    我們經常聽到的I-PVD (Ionized PVD) 或 HDP-PVD (High Density Plasma PVD) 等技術，就是為了解決高AR結構的覆蓋率問題而開發的。

這些是你在處理設備問題和進行缺陷分析時會遇到的術語。

7. Target (靶材)

• 專業解釋： PVD工藝中，作為被濺射源的純金屬或合金材料塊。

• 產線視角： 靶材是消耗品，有“壽命”（Lifetime）的概念。隨著使用，靶材表面會被不均勻地刻蝕，形成“跑道”（Racetrack），影響沉積均勻性。靶材壽命終結（EOL）時必須更換。此外，還有一個重要概念叫“靶材中毒”（Target Poisoning），主要發生在反應濺射（如沉積TiN時通入N2）中，靶材表面形成了化合物，導致濺射效率急劇下降，沉積速率不穩定。

8. Shield Kit (屏蔽套件)

• 專業解釋： 安裝在PVD腔體內部，用于保護腔壁不被沉積物污染，并約束等離子體區域的硬件組件。

• 產線視角： Shield也是消耗品。當它上面積累的膜厚到一定程度，會因為應力而剝落，產生顆粒（Particles），這是PVD工藝中最主要的缺陷來源。因此，定期的PM（Preventive Maintenance，預防性維護）更換Shield Kit，并進行清潔，是保證低缺陷率的黃金法則。

9. Degas (除氣)

• 專業解釋： 在進入PVD主腔體前，晶圓會先進入一個加熱的真空模塊，去除其表面吸附的水汽和其他揮發性分子。

• 產線視角： 尤其是在沉積需要良好界面特性的薄膜（如接觸層金屬Ti/TiN）時，Degas步驟至關重要。如果水汽沒除干凈就被帶入主腔體，會在金屬和硅的界面形成一層很薄的氧化層，導致接觸電阻（Contact Resistance）急劇升高。這是一個非常隱蔽但影響巨大的問題。

10. Collimator / Collimated Sputtering (準直器 / 準直濺射)

• 專業解釋： 在靶材和晶圓之間放置一個蜂窩狀的物理過濾器（準直器），只允許垂直飛行的金屬原子通過，從而過濾掉斜向飛行的原子。

• 產線視角： 這是早期用來提升階梯覆蓋率的一種“物理”方法。它的優點是簡單直接，能有效提升底部覆蓋。缺點是沉積速率會大幅下降（因為大部分原子被擋住了），而且準直器本身也會成為顆粒源。在I-PVD和襯底偏壓技術成熟后，單純的準直濺射用得越來越少了，但這個概念有助于你理解PVD方向性的發展歷史。

理解并熟練運用這些術語，會讓你在處理PVD工藝問題時，能夠從現象（如Rs升高）快速定位到根本原因（可能是壓力漂移、靶材老化或是偏壓異常），從而成為一名真正合格的薄膜工藝工程師。

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