PVD=物理气相淀积(Physical Vapor Deposition)

蒸发和溅射是制备金属结构层和电极的主要方法。是物理气相淀积的方法。

常用金属材料：Al, Au, Ag, Pt, W, Mo, Cr, Ti
集成电路对金属材料的要求：

  • 良好的导电性，对P+或N+形成欧姆接触,硅/金属接触电阻越小越好
  • 容易形成良好的欧姆接触，低阻互连线,引线电阻越小越好
  • 良好的附着性，与硅和二氧化硅粘附性好
  • 能用蒸发或溅射的方法形成薄膜
  • 易于淀积和光刻，实现图形化
  • 抗迁徙
  • 耐腐蚀
  • 易键合
  • 层与层之间不扩散

蒸发

在真空系统中，金属原子获得足够的能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽原子，淀积在晶片上。按照能量来源的不同，有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种

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早期金属层全由蒸发法制备
现已逐渐被溅射法取代
无化学反应
peq.vap. =~ 10-3 Torr,
合金金属成分难以控制
台阶覆盖能力差

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电子束蒸发

原理：利用经过高压加速并聚焦的电子束，在真空中直接打到源表面，将源蒸发并淀积到衬底表面形成薄膜。
优点：

  • 淀积的Al膜纯度高，钠离子玷污少
  • 台阶覆盖性能好
  • 采用红外线加热衬底，工作效率高
    缺点：X射线破坏硅表面晶体； 压力大于10²Pa时会引起放电。

溅射

真空系统中充入惰性气体，在高压电场作用下，气体放电形成的离子被强电场加速，轰击靶材料，使靶原子逸出并被溅射到晶片上
溅射是利用等离子体轰击被溅射物质使其原子或分子逸出，沉积到基片表面形成薄膜的一种物理气相沉积方法。溅射具有以下优点：可实现大面积基片膜层的均匀沉积；膜的厚度、台阶覆盖能力等特性的可控性好；可不改变合金成分进行薄膜沉积；可通过溅射清除掉基片表面的沾污的自然氧化层。

在真空反应室中，由镀膜所需的金属构成的固态厚板被称为靶材(target)，它是电接地的。向高真空反应室内通入放电所需的惰性气体；在高空电场作用下使气体放电，产生大量离子；离子在电场作用下加速能量升高，以高速去轰击靶材料；离子的动能高于材料的原子、分子结合能，使靶材料的原子或分子逸出；逸出的原子或分子飞向基片，在基片表面沉积成膜

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1852年第1次发现溅射现象
溅射的台阶覆盖比蒸发好
辐射缺陷远少于电子束蒸发
制作复合膜和合金时性能更好
是目前金属膜沉积的主要方法

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溅射法优点

具有保持复杂合金原组分的能力
能够沉积难熔金属；
能够在大尺寸硅片上形成均匀薄膜；
可多腔集成，有清除表面与氧化层能力；
有良好台阶覆盖和间隙填充能力。

直流溅射

设备：阴极（溅射源）、阳极（硅片），距离310cm氩气压强110Pa， 3~5V直流电压，辉光放电
特点：结构简单，可得到大面积均匀薄膜；放电电流容易随电压和气压变化，速率不易控制

等离子四极溅射

热阴极发射电子，在阴极和阳极间产生等离子体。用电磁线圈产生的磁场可使等离子体在中心轴附近聚焦成等离子柱。靶上加负高压，等离子体中的正离子在电场作用下轰击靶，使源原子溅射到接地的硅片上。
特点：真空度要求低，淀积膜厚度容易控制，金属膜的纯度高。

高频溅射

在绝缘材料的背面加上一个金属电极，加上高频电压，使绝缘材料中产生位移电流，实现绝缘材料的溅射淀积。
频率：10MHz
特点：不需要热阴极，能在较低的气压和电压下进行溅射，可以溅射多种材料的绝缘介质膜。

磁控溅射

可溅射各种合金和难熔金属；
磁控溅射中衬底可不加热，从阴极表面发射的二次电子由于受到磁场的束缚而不再轰击硅片，避免了硅片的温升及器件特性的退化。

分子束外延(MBE)（Molecular Beam Epitaxy）

分子束外延是在超高真空条件下精确控制原材料的分子束强度，并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术。
分子束外延（MBE）是一种超高真空蒸发技术，广泛用于半导体单晶的沉积。特别是Ⅲ－Ⅴ，Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体和Si，Ge的沉积。也可用于多种金属和金属氧化物。
在超高真空（UHV）条件下进行，生长速度非常低，通常在1μm/h左右。
超高真空的环境、低温和慢的生长速度，同时给碰撞原子提供了足够时间，使之沿衬底边沿扩散，进入适当的晶格格点，形成完美晶体。
在高超真空系统中，加热薄膜组分元素，使之形成定向分子束流，将分子束流射向具有适当温度的衬底，沉积于衬底表面形成薄膜的一种物理沉积方法。其突出的优点在于能生长极薄的单晶膜层，能精确控制膜厚、组分和掺杂。