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    電離工藝——電子對氣體原子的影響

    2019-08-06 10:25:24 來源: FindRF
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    電離工藝的另一結果是電子對氣體原子的影響。這導致在靶下方的等離子區呈現可見的紫色輝光。暗區僅存在與靶的側面和前方。當等離子區被限制在靶和晶圓之間,濺射效率將大大提高。將暗區護罩放置在靶的側面可以增強這種限制。護罩可以防止靶材從靶的側面濺射出來,因而靶材不會淀積到晶圓上。

     

    另一個問題是在反應室處于真空情況下,室壁污染物會產生外溢氣體。我們把這種情況稱之為虛漏(virtual leak)。它與大氣進人系統而形成的實際泄漏是相對的。污染物除了破壞反應室的壓力級別,還會摻人所淀積的薄膜。

     

    下一個問題是在晶圓承載臺放置的微小負偏壓(電荷)。它可以在晶圓表面產生離子,在淀積膜時驅逐游弋的外溢氣體的分子。直流二極濺射主要用于金屬淀積。

     

    為了改善濺射,將靶材與射頻(RF)發生器負極相連。氣體在靶表面附近發生電離,而不需要導電的靶。射頻濺射不僅可以濺射絕緣體材料,也可以濺射導體材料。偏壓還可與射頻濺射共同作用,達到清潔晶圓表面的效果。射頻濺射偏壓具有對已暴露的晶圓表面進行刻蝕和清潔的優點。將晶圓承載臺放在一個不同的場壓下,使得氬原子直接轟擊晶圓,來完成刻蝕和清潔。這種工藝程序稱為濺射刻蝕(sputter etch)、反濺射(reverse sputter)或離子銑(ion milling)。它可清除晶圓上的污染物和一層薄的膜。清除污染物提高了已暴露晶圓區域與薄膜之間的電連接,同時提高了薄膜對晶圓表面其他部分的黏度。

     


    二極濺射中的許多工藝過程都發生在晶圓表面上或附近。由于氬原子的影響,系統產生大量電子。一方面,它們使襯底升溫(可達到350℃),造成鍍膜不均勻;另一方面,它們還會產生輻射環境,造成敏感元件的損壞。

     

    在二極濺射過程中,升溫對鋁膜的淀積帶來一系列問題。升溫使得殘余在靶上和反應室中的氧氣與鋁結合生成氧化鋁。它是絕緣體,破壞了鋁膜的導電性。更為嚴重的是,升溫會在靶材表面生成一層氧化鋁膜,這使得正在轟擊的氬原子(在二極濺射過程中)沒有足夠能量擊穿這層膜。實際上,靶材被密封,濺射也就隨之停止了。三極濺射就避免了二極濺射的一些問題。

     

    用一個獨立的大電流燈絲來產生電離氬原子所需的電子。它被設計在淀積區域之外,用以保護晶圓免受熱輻射損壞。可以看出,用三極濺射法淀積的膜密度更大。

     

    二極濺射的另一個問題是逃人反應室的電子,而且它們對用于淀積的等離子體的建立不產生任何作用。我們用磁控濺射系統來解決這個問題c磁控系統是將磁極安裝在靶的背面和四周(參見下圖),捕獲和/或限制電子在靶的正面活動。磁控系統對于提高淀積速率更加有效。因此,磁控系統產生的離子流(轟擊靶的氬離子密度)要比傳統的二極濺射系統好。其次,反應室的壓力將更低,這有利于淀積膜的清潔。另外,磁控濺射系統使得靶的溫度降低,有利于鋁和鋁合金的濺射。

     

    實際生產用的濺射系統各種各樣。有的反應室是批晶圓系統,有的則是單晶圓生產系統。大部分生產設備都有裝料自鎖能力。裝料口就像接待室,它是局部真空的,可以保證反應室維持真空。它的優點就是提供了更高的生產率。生產設備通常可以支持一種或兩種靶材,而且隨著機械技術的發展,將來的設備會有更大的擴展性。

     
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