PVD工艺常用术语

一、核心工艺参数与控制 (Core Process Parameters & Control)

这是你在设定Recipe（工艺程序）和进行日常监控时最常接触的参数。

1. Sputtering Power (溅射功率)

• 专业解释： 施加到靶材（Target）上的直流（DC）或射频（RF）功率。功率大小直接决定了从靶材上被轰击出的原子数量和能量。

• 产线视角： 这是最直接的“油门”。提高功率 = 提高沉积速率，可以增加产能（Throughput）。但事情没那么简单。过高的功率会增加薄膜的应力（Stress），可能导致薄膜开裂或起泡；同时也会影响薄膜的微观结构，比如晶粒大小，进而影响电阻率和后续的刻蚀特性。你需要在产能和薄膜质量之间找到一个最佳平衡点。

2. Chamber Pressure (腔体压力)

• 专业解释： PVD工艺中，工作气体（通常是氩气，Ar）在真空腔体内的压力。这个参数决定了等离子体的密度和溅射出原子的飞行路径。

• 产线视角： 腔体压力是一个非常敏感的参数。

• • 高压力： 意味着Ar原子密度大，等离子体更易辉光，但原子碰撞频繁。从靶材溅射出来的金属原子在飞向晶圆的途中会与大量Ar原子碰撞，能量损失大，方向性变差。结果是薄膜均匀性可能变好，但阶梯覆盖能力（Step Coverage）会变差。

  • 低压力： 碰撞减少，金属原子飞行“准头”更好（更具方向性），因此阶梯覆盖能力会提升，尤其利于填充高深宽比的结构。但低压力下起辉更难，且薄膜应力通常会更高。

3. Substrate Bias (衬底偏压)

• 专业解释： 在晶圆基座（Substrate Holder）上施加一个射频（RF）偏压，使到达晶圆表面的Ar离子带有一定能量，对正在生长的薄膜进行“轻微轰击”。

• 产线视角： 这是先进节点PVD工艺的灵魂。没有偏压的PVD就像是“温柔的下雪”，原子随机落下。而施加偏压后，就变成了“有控制的冰雹”，Ar离子会把那些松散附着在结构侧壁或拐角处的金属原子“敲”到沟槽或通孔的底部。这个过程我们称为**“再溅射”（Re-sputtering）**。它的巨大好处是：

• • 显著提升底部覆盖率（Bottom Coverage）。

  • 减少悬垂（Overhang），避免孔口过早封闭。

  • 让薄膜更致密，电阻率更低。
    当然，偏压过高会损伤下层结构，或把薄膜“溅射”掉的比沉积的还多，所以控制好偏压是P-engineer（工艺工程师）的一项核心技能。

这些是衡量你PVD工艺好坏的“成绩单”。

4. Sheet Resistance (Rs, 方块电阻)

• 专业解释： 单位为欧姆/平方（Ω/sq），是衡量导电薄膜电学特性的最常用指标。它与薄膜的电阻率（Resistivity）和厚度（Thickness）直接相关 (Rs = Resistivity / Thickness)。

• 产线视角： 这是你的日常KPI。Rs直接影响到芯片的RC延迟，决定了芯片的运行速度。产线上用来监控PVD工艺稳定性的首要参数就是四探针（4-Point Probe）测出的Rs及其均匀性（Uniformity）。一个5%的Rs漂移，对于高性能芯片来说可能是致命的。当你发现Rs OOS（超出规格）时，就要立刻去检查功率、压力、靶材寿命等一系列参数。

5. Stress (应力)

• 专业解释： 薄膜在沉积后由于晶格失配、热膨胀系数不同等原因，内部产生的拉伸（Tensile）或压缩（Compressive）力。

• 产线视角： 应力是“沉默的杀手”。

• • 高拉伸应力（Tensile）： 会导致薄膜开裂（Crack），或者在后续CMP（化学机械抛光）过程中发生金属线剥离（Peeling/Delamination）。

  • 高压缩应力（Compressive）： 会导致薄膜屈曲起皱（Buckling），或形成“小山包”（Hillock），可能刺穿上层介电层，造成层间短路。
    控制应力在BEOL工艺集成中至关重要，它决定了你多层金属堆叠的稳定性。

6. Step Coverage (阶梯覆盖率)

• 专业解释： 衡量薄膜在复杂形貌（如台阶、沟槽、通孔）上的覆盖保形能力。通常定义为结构底部（Bottom）或侧壁（Sidewall）的膜厚与平坦区域膜厚的百分比。

• 产线视角： 这是PVD工艺在先进节点面临的最大挑战。随着通孔/沟槽的**深宽比（Aspect Ratio, AR = Depth/Width）**越来越大，PVD就像试图在大雪天给一个又深又窄的胡同底部均匀铺上雪，非常困难。

• • 底部覆盖率（Bottom Coverage）太差，会导致通孔电阻（Via Resistance）过高甚至开路（Open）。

  • 侧壁覆盖率（Sidewall Coverage）太差，会成为电迁移（Electromigration, EM）的薄弱点，影响芯片寿命。
    我们经常听到的I-PVD (Ionized PVD) 或 HDP-PVD (High Density Plasma PVD) 等技术，就是为了解决高AR结构的覆盖率问题而开发的。

这些是你在处理设备问题和进行缺陷分析时会遇到的术语。

7. Target (靶材)

• 专业解释： PVD工艺中，作为被溅射源的纯金属或合金材料块。

• 产线视角： 靶材是消耗品，有“寿命”（Lifetime）的概念。随着使用，靶材表面会被不均匀地刻蚀，形成“跑道”（Racetrack），影响沉积均匀性。靶材寿命终结（EOL）时必须更换。此外，还有一个重要概念叫“靶材中毒”（Target Poisoning），主要发生在反应溅射（如沉积TiN时通入N2）中，靶材表面形成了化合物，导致溅射效率急剧下降，沉积速率不稳定。

8. Shield Kit (屏蔽套件)

• 专业解释： 安装在PVD腔体内部，用于保护腔壁不被沉积物污染，并约束等离子体区域的硬件组件。

• 产线视角： Shield也是消耗品。当它上面积累的膜厚到一定程度，会因为应力而剥落，产生颗粒（Particles），这是PVD工艺中最主要的缺陷来源。因此，定期的PM（Preventive Maintenance，预防性维护）更换Shield Kit，并进行清洁，是保证低缺陷率的黄金法则。

9. Degas (除气)

• 专业解释： 在进入PVD主腔体前，晶圆会先进入一个加热的真空模块，去除其表面吸附的水汽和其他挥发性分子。

• 产线视角： 尤其是在沉积需要良好界面特性的薄膜（如接触层金属Ti/TiN）时，Degas步骤至关重要。如果水汽没除干净就被带入主腔体，会在金属和硅的界面形成一层很薄的氧化层，导致接触电阻（Contact Resistance）急剧升高。这是一个非常隐蔽但影响巨大的问题。

10. Collimator / Collimated Sputtering (准直器 / 准直溅射)

• 专业解释： 在靶材和晶圆之间放置一个蜂窝状的物理过滤器（准直器），只允许垂直飞行的金属原子通过，从而过滤掉斜向飞行的原子。

• 产线视角： 这是早期用来提升阶梯覆盖率的一种“物理”方法。它的优点是简单直接，能有效提升底部覆盖。缺点是沉积速率会大幅下降（因为大部分原子被挡住了），而且准直器本身也会成为颗粒源。在I-PVD和衬底偏压技术成熟后，单纯的准直溅射用得越来越少了，但这个概念有助于你理解PVD方向性的发展历史。

理解并熟练运用这些术语，会让你在处理PVD工艺问题时，能够从现象（如Rs升高）快速定位到根本原因（可能是压力漂移、靶材老化或是偏压异常），从而成为一名真正合格的薄膜工艺工程师。

为防止失联，请关注小号芯豆豆。

欢迎加入行业交流群，备注岗位+公司，请联系老虎说芯