半导体知识讲解：PVD知识30问

01

Target (靶材)是什么?

答：在PVD中，靶材是用来提供镀膜（film）的金属材料。

02

PVD 制程原理是什么?

答：在Target与wafer间加之高电位差，此时制程气体Ar在高位差下解离成Ar ，又因Ar 带正电被电场吸引而撞向Target，使target产生金属晶粒因重力作用而掉落至wafer形成film，此种工艺是 PVD。

03

半导体中一般金属导线材质为何?

答：钨线(W)/铝线(Al)/铜线(Cu)。

04

PVD中可以得到哪几种金属膜?

答：铝(AL)，钛(Ti)，氮化钛(TiN)，钴( Co)。一般wafer进入PVD机台，必须镀上钛/氮化钛/铝/钛/氮化钛。五层金属，钴的功用为金属硅化物 (silicide)。

05

钛(Ti)的功用为何?

答：降低金属接触阻值。

06

氮化钛(TiN) 的功用为何?

答：（1）当作扩散阻障层(diffusion barrier layer)， 阻障铝与氧化硅之间的扩散。

（2）当作粘着层(glue layer)，钨与氧化硅附着力不好，在二者之间加入氮化钛可以增加彼此的粘着力。

（3）当作反反射层(ARC layer)，为了在微影技术制程中为达到高的分辨率，所以需一层抗反射层镀膜以减少来自铝的高反射率。

07

chamber待机一段时间后，为何要做Dummy(档片)?

答：chamber待机一段时间后，chamber condition (真空，温度)有些微变化。若不做dummy，前几片产品会受到影响。一般是由工艺工程师依照实际状态，制定待机时间规则，然后由制造部 operator 放入档片到chamber 镀膜(其recipe 与产品的recipe相似)。经由 dummy后，chamber condition 会恢复正常水准，可以安心生产。

08

为何铝靶材需要添加少量的铜?

答：电流在铝金属层移动时，铝原子会沿着晶粒界面而移动，若此现象太过剧裂，会导致金属线断路，添加少量的铜可以防止铝线断线。

09

既然添加铜可以防止铝尖峰现像，为何只添加0.5%?

答：太多铜，会造成蚀刻困难(铜的氯化物不易挥发)。

10

为何PVD的靶材需要冷却?

答：避免target表面温度过高，造成蒸镀现像，使得金属film 的质量不稳定。

11

为何机台必须使用冷却水时，必须控制水质纯净?

答：防止结垢，或绝缘。

12

为何制程气体管路必须加热？

答：防止制程气体冷凝为液体，影响制程。

13

何谓PM ?机台为何要定期PM?

答：PM是预防保养，按周期对机台相应的Parts(备品)采取相应的维护或更换措施，为保持机台性能的稳定，防止制程良率下降，延长机台及Parts寿命。

(1) 依时程而分，可分为月保养，季保养，年保养。

(2) 依wafer 数量而分，是为数量保养。

14

为何工程师做PM时，必须先冷却加热器(heater) 至(room temp)适当的温度?

答：为了工程师安全及机台安全。

15

为何工程师做PM时，chamber必须bake out?

答：为了排气，防止不纯气体进入film中，影响制程。

16

PVD与W-CVD在IC制造中扮演什么角色?

答：铝与钨为金属层，连通device 与封装的导线，在二者之间形成通路，电流得以畅通无阻。

17

Bake out 是什么?

答：工程师做PM时，打开Chamber时，Chamber内部曝露在大气中，当工程师做完PM时，必须做Bake out，加热Chamber，将附着在内部的水分子等气体赶走，如此一来可提高真空度。

18

PVD制程中，使用的气体为何?

答：N2与Ar。

19

N2与Ar在 PVD制程中，使用的目的是什么?

答：Ar被电子离子化后，成为撞击target的子弹将TARGET的原子打下落在wafer上，N2的目的是氮化target的表面原子。

20

为何使用Ar来做PVD溅镀的气体来源?

答：（1）钝气，不易起化学变化。

（2）质量重 (AMU 40)，溅击效果好。

（3）价格便宜。

21

PVD 的制程压力是什么?

答：2~20 mTorr。

22

PVD 测机项目为什么?

答：反射率(reflectivity index)，厚度(thickness)，阻值(resistance sheet)，微粒(particle)，均匀度(uniformity)。

23

为何机台测漏使用氦气来检漏?

答：(1) 氦气在大气中的含量很低，避免误判。

(2) 氦气渗透力强，很容易检漏。

(3) 氦气为钝性气体，不易造成机台污染或腐蚀。

24

PVD制程中，镀膜之前为何需要预先去除原始氧化层?

答：预先去除原始氧化层，让金属层之间电阻不会过大以及增加膜与衬底的结合力。

25

PVD为何使用DC power ?

答：使用DC power，再加上通一定的氩气 （Ar gas），在真空室就会形成等离子体（电浆）。离子体中的离子撞击TARGET，将TARGET的原子打下落在wafer上而形成金属film。

26

为何机台必须使用冷却水?

答：控制温度，以防温度太高，造成机台破坏。

27

Process kit是什么?

答：在chamber 内部形成遮敝，镀膜时可以防止膜镀在chamber内部，每次PM时将其卸下清洗或更换。

28

为何粗真空pump要使用干式，而不使用油式?

答：防止油微粒回流污染到机台( prevent oil back stream)。

29

PVD使用几种真空pump?

答：粗真空用Rough pump（机械泵）从大气压抽至5mTorr，

高真空用Cryo pump （深冷泵）从5mTorr抽至10E-9 Torr。

30

PVD制程中，如何可以得到高真空?

答：使用高真空泵（pump）。

转自：福建芯华集成电路人才培训中心

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