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薄膜沉積是半導(dǎo)體制造工藝中的一個(gè)非常重要的技術(shù)，其是一連串涉及原子的吸附、吸附原子在表面擴(kuò)散及在適當(dāng)?shù)奈恢孟戮劢Y(jié)，以漸漸形成薄膜并成長(zhǎng)的過(guò)程。在一個(gè)新晶圓投資建設(shè)中，晶圓廠(chǎng)80%的投資用于購(gòu)買(mǎi)設(shè)備。其中，薄膜沉積設(shè)備是晶圓制造的核心步驟之一，占據(jù)著約25%的比重。

薄膜沉積工藝主要分為物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積兩類(lèi)。物理氣相沉積(Physical Vapour Deposition，PVD)技術(shù)指在真空條件下，采用物理方法，將材料源——固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過(guò)低壓氣體（或等離子體）過(guò)程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。物理氣相沉積原理可大致分為蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍，具體又包含有MBE等各種鍍膜技術(shù)。發(fā)展到目前，物理氣相沉積技術(shù)不僅可沉積金屬膜、合金膜、還可以沉積化合物、陶瓷、半導(dǎo)體、聚合物膜等。

隨著技術(shù)的發(fā)展，PVD技術(shù)也不斷推陳出新，出現(xiàn)了很多針對(duì)某幾種用途的專(zhuān)門(mén)技術(shù)，在此特為大家盤(pán)點(diǎn)介紹各種PVD技術(shù)。

真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)

真空蒸發(fā)(Vacuum Evaporation) 鍍膜是在真空條件下，用蒸發(fā)器加熱蒸發(fā)物質(zhì)，使之升華，蒸發(fā)粒子流直接射向基片，并在基片上沉積形成固態(tài)薄膜，或加熱蒸發(fā)鍍膜材料的真空鍍膜方法。其物理過(guò)程為：采用幾種能源方式轉(zhuǎn)換成熱能，加熱鍍料使之蒸發(fā)或升華，成為具有一定能量(0.1~0.3eV) 的氣態(tài)粒子(原子、分子或原子團(tuán))；離開(kāi)鍍料表面，具有相當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度的氣態(tài)粒子以基本上無(wú)碰撞的直線(xiàn)飛行輸運(yùn)到基體表面；到達(dá)基體表面的氣態(tài)粒子凝聚形核生長(zhǎng)成固相薄膜；組成薄膜的原子重組排列或產(chǎn)生化學(xué)鍵合。

電子束蒸鍍技術(shù)

電子束蒸鍍（Electron Beam Evaporation）是物理氣相沉積的一種。與傳統(tǒng)蒸鍍方式不同，電子束蒸鍍利用電磁場(chǎng)的配合可以精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)利用高能電子轟擊坩堝內(nèi)靶材，使之融化進(jìn)而沉積在基片上。電子束蒸鍍常用來(lái)制備Al、CO、Ni、Fe的合金或氧化物膜，SiO2、ZrO2膜，抗腐蝕和耐高溫氧化膜。

電子束蒸鍍與利用電阻進(jìn)行蒸鍍最大的優(yōu)勢(shì)在于：可以為待蒸發(fā)的物質(zhì)提供更高的熱量，因此蒸鍍的速率也更快；電子束定位準(zhǔn)確，可以避免坩堝材料的蒸發(fā)和污染。但是由于蒸鍍過(guò)程中需要持續(xù)水冷，對(duì)能量的利用率不高；而且由于高能電子可能帶來(lái)的二次電子可能使殘余的氣體分子電離，也有可能帶來(lái)污染。此外，大多數(shù)的化合物薄膜在被高能電子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)生分解，這影響了薄膜的成分和結(jié)構(gòu)。

濺射鍍膜技術(shù)

濺射鍍膜技術(shù)是用離子轟擊靶材表面，把靶材的原子被擊出的現(xiàn)象稱(chēng)為濺射。濺射產(chǎn)生的原子沉積在基體表面成膜稱(chēng)為濺射鍍膜。通常是利用氣體放電產(chǎn)生氣體電離，其正離子在電場(chǎng)作用下高速轟擊陰極靶體，擊出陰極靶體原子或分子，飛向被鍍基體表面沉積成薄膜。

射頻濺射技術(shù)

射頻濺射是濺射鍍膜技術(shù)的一種。用交流電源代替直流電源就構(gòu)成了交流濺射系統(tǒng)，由于常用的交流電源的頻率在射頻段，如13.56MHz，所以稱(chēng)為射頻濺鍍。

在直流射頻裝置中，如果使用絕緣材料靶，轟擊靶面的正離子會(huì)在靶面上累積，使其帶正電，靶電位從而上升，使得電極間的電場(chǎng)逐漸變小，直至輝光放電熄滅和濺射停止。所以直流濺射裝置不能用來(lái)濺射沉積絕緣介質(zhì)薄膜。

磁控濺射技術(shù)

磁控濺射技術(shù)屬于PVD（物理氣相沉積）技術(shù)的一種，是制備薄膜材料的重要方法之一。它是利用帶電荷的粒子在電場(chǎng)中加速后具有一定動(dòng)能的特點(diǎn)，將離子引向被濺射的物質(zhì)制成的靶電極（陰極），并將靶材原子濺射出來(lái)使其沿著一定的方向運(yùn)動(dòng)到襯底并在襯底上沉積成膜的方法。磁控濺射設(shè)備使得鍍膜厚度及均勻性可控，且制備的薄膜致密性好、粘結(jié)力強(qiáng)及純凈度高。該技術(shù)已經(jīng)成為制備各種功能薄膜的重要手段。

離子鍍膜技術(shù)

離子鍍是在真空蒸發(fā)鍍和濺射鍍膜的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種鍍膜新技術(shù)，將各種氣體放電方式引入到氣相沉積領(lǐng)域，整個(gè)氣相沉積過(guò)程都是在等離子體中進(jìn)行，其中包括磁控濺射離子鍍、反應(yīng)離子鍍、空心陰極放電離子鍍（空心陰極蒸鍍法）、多弧離子鍍（陰極電弧離子鍍）等。離子鍍大大提高了膜層粒子能量，可以獲得更優(yōu)異性能的膜層，擴(kuò)大了“薄膜”的應(yīng)用領(lǐng)域。是一項(xiàng)發(fā)展迅速、受人青睞的新技術(shù)。

廣義來(lái)講，離子鍍膜的特點(diǎn)是：鍍膜時(shí)，工件（基片）帶負(fù)偏壓，工件始終受高能離子的轟擊。形成膜層的膜基結(jié)合力好、膜層的繞鍍性好、膜層組織可控參數(shù)多、膜層粒子總體能量高，容易進(jìn)行反應(yīng)沉積，可以在較低溫度下獲得化合物膜層。

多弧離子鍍(MAIP)

多弧離子鍍是采用電弧放電的方法，在固體的陰極靶材上直接蒸發(fā)金屬，蒸發(fā)物是從陰極弧光輝點(diǎn)放出的陰極物質(zhì)的離子，從而在基材表面沉積成為薄膜的方法。

多弧離子鍍與一般的離子鍍有著很大的區(qū)別。多弧離子鍍采用的是弧光放電，而并不是傳統(tǒng)離子鍍的輝光放電進(jìn)行沉積。簡(jiǎn)單的說(shuō)，多弧離子鍍的原理就是把陰極靶作為蒸發(fā)源，通過(guò)靶與陽(yáng)極殼體之間的弧光放電，使靶材蒸發(fā)，從而在空間中形成等離子體，對(duì)基體進(jìn)行沉積。

分子束外延（MBE）

分子束外延（MBE）是新發(fā)展起來(lái)的外延制膜方法，是一種在晶體基片上生長(zhǎng)高質(zhì)量的晶體薄膜的新技術(shù)。在超高真空條件下，由裝有各種所需組分的爐子加熱而產(chǎn)生的蒸氣，經(jīng)小孔準(zhǔn)直后形成的分子束或原子束，直接噴射到適當(dāng)溫度的單晶基片上，同時(shí)控制分子束對(duì)襯底掃描，就可使分子或原子按晶體排列一層層地“長(zhǎng)”在基片上形成薄膜。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：使用的襯底溫度低，膜層生長(zhǎng)速率慢，束流強(qiáng)度易于精確控制，膜層組分和摻雜濃度可隨源的變化而迅速調(diào)整。用這種技術(shù)已能制備薄到幾十個(gè)原子層的單晶薄膜，以及交替生長(zhǎng)不同組分、不同摻雜的薄膜而形成的超薄層量子顯微結(jié)構(gòu)材料。

分子束外延不僅可用來(lái)制備現(xiàn)有的大部分器件，而且也可以制備許多新器件，包括其它方法難以實(shí)現(xiàn)的，如借助原子尺度膜厚控制而制備的超晶格結(jié)構(gòu)高電子遷移率晶體管和多量子阱型激光二極管等。我們?cè)诠?chē)上看到的車(chē)站預(yù)告板，在體育場(chǎng)看到的超大顯示屏，其發(fā)光元件就是由分子束外延制造的。

脈沖激光沉積（PLD）

脈沖激光沉積（Pulsed Laser Deposition，PLD），也被稱(chēng)為脈沖激光燒蝕（pulsed laser ablation，PLA），是一種利用激光對(duì)物體進(jìn)行轟擊，然后將轟擊出來(lái)的物質(zhì)沉淀在不同的襯底上，得到沉淀或者薄膜的一種手段。

由脈沖激光沉積技術(shù)的原理、特點(diǎn)可知，它是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ谋∧ぶ苽浼夹g(shù)。隨著輔助設(shè)備和工藝的進(jìn)一步優(yōu)化，將在半導(dǎo)體薄膜、超晶格、超導(dǎo)、生物涂層等功能薄膜的制備方面發(fā)揮重要的作用；并能加快薄膜生長(zhǎng)機(jī)理的研究和提高薄膜的應(yīng)用水平，加速材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)的研究進(jìn)程。同時(shí)也為新型薄膜的制備提供了一種行之有效的方法。

激光分子束外延（L-MBE）

激光分子束外延技術(shù)（L-MBE）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型薄膜制備技術(shù)，是將分子束外延技術(shù)與脈沖激光沉積技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，在分子束外延條件下激光蒸發(fā)鍍膜的技術(shù)。

L- MBE結(jié)合了PLD的高瞬時(shí)沉積速率（不需要考慮成分揮發(fā)時(shí)的熱平衡問(wèn)題等等）及MBE的實(shí)時(shí)檢測(cè)功能，是一種改良的MBE方法。

近年來(lái)，薄膜技術(shù)和薄膜材料的發(fā)展突飛猛進(jìn)，成果顯著，在原有基礎(chǔ)上，相繼出現(xiàn)了離子束增強(qiáng)沉積技術(shù)、電火花沉積技術(shù)、電子束物理氣相沉積技術(shù)和多層噴射沉積技術(shù)等。

目前，芯片制造過(guò)程中關(guān)鍵的PVD設(shè)備主要包括硬掩膜（Hard Mask ）PVD設(shè)備、銅互聯(lián)（CuBS）PVD 以及鋁襯墊（Al PAD）PVD，主要使用濺射鍍膜技術(shù)。