Endura机台在半导体制造业的应用与优化

摘 要 半导体作为一种介于绝缘体与导体之间的材料，基于其特殊的导电特性，科学家发明了以其为主要材料的电子元件。将各种电子元件及线路组成的电路缩小后制作成面积不到 1 甚至更小的电子产品称为集成电路。集成电路在现实生活中主要以芯片的形式存在于各种电子产品中，如电脑，手机，汽车，电视等等。集成电路因其体积小且价格低，成功取代了真空管在电子领域的地位，已发展成年产值过万亿的产业。而且随着其应用方式的拓展，其市场仍在不断扩大，其发展前景也是一片光明。 半导体芯片的制造可分为四个不同的阶段，依次为材料准备、晶体生长和晶圆准备、晶圆制造、封装。其中又以晶圆制造环节最为复杂，涉及到的工艺包括显影(蚀刻(离子 注入(扩散(薄膜沉积(氧化与热处理(化学机械研磨(。这些制造工艺可按其在生产过程中的顺序分为两部分：前段工艺是晶体管和其它器件在晶圆表面上的形成；后段工艺是以金属线把各个器件连在一起并加一层最终保护层。 根据沉积方式不同，薄膜沉积分为物理气象沉积 (化学气象沉积(本文所详述的薄膜工艺，该工艺涉及电场，磁场，真空等领域的理论。美国应用材料公司(产的 列机台是目前应用最多的们在应用该机台的生产实践中对困扰铝铜溅射制程的电弧放电,粘片以及真空泄露问题做了细致的研究，并通过不断试验总结了一套自己的经验与解决问题的方法，包括预防性维护(光学侦测器互锁装置 (及智能机台监控系统(这些改进降低了以上几种问题发生频率及危害，使得铝铜溅射机台可用时间比由 84%提高至 86%，产品报废率由每月1至3 片下降至0片，提高了公司在业界的竞争力。 关键词：电弧放电；粘片；真空泄露；预防性维护；光学侦测器互锁装置；智能机台监控系统 s to by of we or IC is in as IC in a of a As C is by of is by is to on by a It of is VD We to of Its to s 4% 6% -3 Its s 录 第一章 绪论 .言 . 薄膜沉积原理 . . . . 溅射原理 .11 射设备 .16 统式溅射机 .直管法 .投法 .子化法 .温法 .压法 . 溅射技术的发展 .24 文的思路与创新之处 . 第二章 500 系统应用研究 .机台 .主机台整体构成 . 预清洁反应腔 . 冷却反应腔 . 定向/预热反应腔 . 物理气相沉积腔 . 晶圆传送手臂 . 晶舟载入腔 .压器/主电源箱 .统控制器/系统电源箱 .流/射频电源发生器柜 .V 架 .泵压缩机 .交换器 .空系统 .圆在系统内的运转 .三章 电弧放电、粘片及真空泄露问题的解决方法 . 电弧放电的成因 . 电弧放电的危害 . 电弧放电的解决对策及预防机制 . 粘片的成因 . 粘片的危害 . 粘片的解决对策及预防机制 . 真空泄露的成因 . 真空泄露的危害 . 真空泄露的解决对策及预防机制 .四章 结论 .考文献 .谢 .一章 绪论 1第一章 绪论 言 一个完整的 件，是由层数不同且材质厚度均不一样的薄膜，经过多次的显影(蚀刻(工组合而成。而将这些薄膜逐层覆盖在晶圆上所需要的技术，便是我们说的薄膜沉积(薄膜成长技术。其中，薄膜沉积专门是指在薄膜形成的过程中，并不消耗晶圆或衬底的材质；而薄膜成长专门是指衬底的表面材质，也是形成薄膜的部分元素之一，如硅(过氧化反应形成二氧化硅(来作为薄膜沉积技术的发展，从早期的蒸镀(始至今，已发展成为两个主要的方向：物理气象沉积(P 化学气象沉积(物理气象沉积主要是凭借物理现象，而化学气象沉积则主要是以化学反应的方式来进行薄膜的沉积。虽然物理气象沉积（一般简称为 化学气象沉积（一般简称为 有优点及缺点，但是随着 程技术所要处理的线宽越来越小之后，薄膜沉积上的应用变得日益重要且显著，以解决介 在本节中，我们将首先对薄膜的沉积原理加以介绍，然后在接下来的几节中，针对几种比较常见的其是广泛应用于当今入地描述其原理以及应用。 膜沉积原理 自从薄膜沉积技术被应用于集成电路的生产制程之后，薄膜沉积的原理在众多前辈们的努力之下，已渐渐被人们所了解，并加以应用在新的沉积技术与设备的改良之上。虽然薄膜沉积技术所涉及的科学领域非常广，但是基本上，我们可以借助对材料工程，热力学以及动力学的一些基础认识来帮助我们了解它。 晶圆(之所以可以产生薄膜，初始于 布满晶圆表面的许多气体分子第一章 绪论 2或是其它粒子，如原子团(离子(。这些粒子可能因为发生化学反应而产生固态的粒子，然后沉积在晶圆的表面上；或是因为在经历表面扩散运动而失去部分动能后，被晶圆表面所吸附(而沉积下来的。而这些分布在晶圆表面的粒子，主要是通过粒 子的扩散，或是强迫性对流( 从气体的来源处传送到晶圆的表面。这些来源有可能是蒸镀源(有可能是等离子体(P 也有可能是反应器里的气体供应源。虽然薄膜沉积技术因此而分为是这些沉积技术的原理大同小异，甚至于与传统的冶金材料的炼制原理相类似。 薄膜沉积按照其发生的顺序， ； b. 晶 粒成长(G ； c. 晶粒聚结(成长( 图 1膜沉积步骤分解示意图：其中图(a)里的即为吸附在晶圆 表面的吸附原子，而即为吸附原子经吸解后重新回到气相的情形。 在开始介绍薄膜沉积的步骤之前，先让我们从晶圆表面布满活动性极强的粒子说起。首先，这些通过边界层到达晶圆表面的气体粒子，必须能够在晶圆表面停留一段时间，但并非停止活动(某些粒子可能马上从晶圆表面弹回气体内，这些粒子我们不予考虑)。这些气体粒子可能在晶圆失去部分动能之后，物理性地(晶圆表面所吸附(这种暂时性被吸附的粒子称为吸附原子(如图 1-1(a)所示)。这些吸附原子基本上消耗光了在晶圆表面第一章 绪论 3做横向运动的能力，但是其纵向运动的能量则依然存在。这些吸附原子可能与其它的吸附原子因交互作用(而将多余的凝结能(放出来，并在晶圆表面形成一稳定的核团(最终化学性地(吸附在晶圆的表面上；或是在物理性地被吸附一段时间之后，经过吸解(进入原来的气相(，见图1-1(a)。因此，这些遍布在晶圆表面的气体粒子所进行的凝结(其实是粒子的吸附与吸解达到平衡后的结果。假如吸附原子的吸附大于吸解，薄膜的成长才得以进行。而决定气体原子在晶圆表面接触后是否能进行吸解的参数，被称为“粘附系数(基本来说，晶圆的表面温度越高，粒子在其表面所具备的活动能力也越高，其粘附系数也就越小。而决定吸附原子彼此之间能否形成一个稳定地进行凝结的核团，则取决于所形成的核团是否稳定。 核团是由于吸附原子在晶圆表面彼此碰撞并结 合而形成的，如图 1-2(a)与(b)。如果假设在晶圆上所产生的 核团为球体，当核团的半径随着聚集的吸附原子数量的增加而增加时，如图 1-2(c)与(d)所示，则核团的表面能(随之减少，因为球体的表面曲率(着球体体积的增加而减小。这层关系可以用图 1三条“自由能曲线及1来表示。其中 r 是核团的半径，是核团的单位表面能，而 是核团的单位体积自由能。 图 1团聚结及成长示意图。借着经吸附原子在晶圆表面上的迁移及碰撞 后所组成的较大的核团，核团将如图(a)至(d)所显示的一样持续成长 第一章 绪论 4图 1响晶粒成长的晶粒大小及相关的自由能曲线关系 整体自由能=G=4r+（4r/3） （1如图1们可以清楚地看到，在核团成长的初期，核团的整体自由能G 是呈现上升趋势。但是当核团的半径大于一个临界值之后，G 便开始随着核团半径的增加而下降，且半径越大，就是说，当吸附原子彼此在晶圆表面聚结成体积较大的核团之后，如图1果所形成的核团半径没有大于一临界值，因为此时的整体自由能呈上升趋势(如图 1实线左侧所示),则这个核团将不稳定，最终从晶圆的表面上消失并回到气相内。假如该核团的半径大于这一临界值，则这个核团不但能在晶圆表面上存在（或吸附） ，而且将随着吸收更多的吸附原子而继续成长（如图 1，使核团的整体自由能随着核团半径的增加而降低，并且更加的稳定（如图1这个决定核团能否在晶圆表面上存在的半径临界值，被称为“临界半径(，我们通常以r*来表示。r*是薄膜开始在晶圆表面进行沉积时，使沉积产生所需的最起码的晶粒大小。临界半径值可以由 1对 r 做一次微分得到。通常约在10埃之内，相当于几十个原子的聚结。 刚刚所描述的薄膜初期的长晶模型，是在晶粒不涉及表面界面(假设下所建立的，也就是说晶粒的外形将呈现球状。这种长晶的过程，在材料工程上称为“均匀性成核( 。当然，在真正的薄膜沉积过程中，因为必须在晶圆的表面进行长晶的过程，所以薄膜与晶圆间的表面能第一章 绪论 5(我们就必须加以考虑。因而，晶粒的形状也就不会是前面所说过的球形了。这种涉及表面界面的 长晶过程，称之为“非均匀性成核(，如图 1示。由于此时进行非均匀成核所需要的最小晶粒大小 r*，除了需要 考虑原来在均匀成核下的必要条件，还必须考虑彼此界面间的润湿(况。假如晶 圆与薄膜间的润湿能力越好，在晶圆表面所沉积下来的晶粒，将具备更小的表面与晶粒之间的“润湿夹角( ，如图 1示。其中 G 指气相，F 指薄膜，S 指底材表面， 图 1粒在晶圆表面进行“非均匀性成核”的示意图（其中 表示润湿夹角） 可是，这并不是说前面所描述的均匀成核方式没有发生的可能。如果在长晶的过程当中没有界面的参与，例如在一个超饱和(气体分子环境里，半径超过 r*的球形晶粒 ，就可能因为气体分子间较高的碰撞频率而产生，并在气相内悬浮，直至其附着于任意表面或界面为止。这种现象称之为“气相长晶(，在 应腔里比较常见。因为这种现象往往导致晶圆的表面附着大大小小的因气相长晶而生成的颗粒(对产品的良率影响非常之大，所以反应腔的的设计及操作，都应该尽可能地避免这种气相长晶现象的发生。譬如以应气体在反应腔内的浓度，应该随时控制在其饱和点以下，以便预防超饱和的环境发生。而这个浓度的控制，则与操作压力，气体流量，真空抽速( 温 度以及反应腔的几何设计(因素相关。 当稳定的晶粒(晶圆表面形成以后， 薄膜成长的步骤便开始进入到“晶粒成长(阶段。在之前解释图1已经强调过一个稳定的核团能存在所要具备的基本条件 核团半径大于 r*。也就是说，一旦在表面(或气相中)所形成的核团半径大于 r *，这个核团便能够继续凭借吸收更多的吸附原子而成长，如图1c)与(d)所示。而推动晶粒继续成长的驱第一章 绪论 6动力(则来自由于晶粒半径增加所降低的整体自由能G，如图1当薄膜的沉积进入到个别晶粒的成长阶段，晶粒成长所需要的原子来源，就不再只是局限于吸附原子，而是可以直接从气相中传来的粒子，经过与晶粒碰撞后而成为晶粒的一部分。但是在晶粒的体积还小时，因为后者发生的可能性比较低，所以在晶粒成长的初期，还是大部分依赖吸附原子的参与。 当原本独立且个别的晶粒，因为晶粒成长所增加的半径，使得晶粒已大到开始与附近的其它晶粒相接触时，如图 1-1(c)，薄膜沉积就开始进入了第三个阶段 晶粒聚结(当这些原本独立的晶粒开始接触之后，晶粒彼此之间的交互扩散(开始进行。此时所发生的现象，与粉末材料在进行烧结(所经历的过程基本相仿，如图1图 1个半径相仿的晶粒为了降低整体的自由能而 聚结为一个半径比原来更大的晶粒的过程示意图 以两个半径相当的晶粒相接触为例，如图1-5(a)，为了降低彼此的表面能，一个连接两个晶粒的颈部(将在晶粒间的内部扩散下逐渐形成，如图1b)所示。而后，晶粒彼此间的扩散将逐 渐把颈部填满，从而降低颈部的曲率(，使得颈部的表面能下降，如图 1c)所示。最后，两者在降低表面能的驱动力下合二为一，并形成一个半径比原来的晶粒更大，如图1d)所示的晶粒的情形。 不过，如果这两个晶粒的结晶结构(不一致，例如一个是以面做基础，而另一个是以面做堆积，则两者合二为一后，图1-5(d)第一章 绪论 7的晶粒内部还要经过“再结晶(的步骤，来将两者的结晶方向做适当的调整，使得新生成的较大的晶粒的能态(比原来两个较小且个别的晶粒更加稳定，即整体自由能将因为晶粒的聚结而快速地下降。这样一来，整个聚结的阶段才算真正完成。而晶粒结合后的新晶粒的结晶方向，将以具备最低自由能，即最稳定的结晶方向为基准。简单来说，所谓的晶粒聚结，是指大晶粒在消耗小晶粒的过程中成长的一种现象。在这个晶粒聚结的过程中，整个系统的表面能将随着小晶粒的消失而逐步地降低。 晶粒的聚结，类似于一种大鱼吃小鱼的现象。个别的晶粒不停地吸收吸附原子，或吞并较小的晶粒，或吞并较大的晶粒，使得系统的表面能下降。这样一来，晶粒不但能持续地增大，且晶粒与晶粒之间的距离也将越来越小，而在晶粒与晶粒之间形成所谓的“缝道(，如图1d)。基本上这些缝道就是晶圆表面尚未被吸附原子或是晶粒所覆盖的区域。 当这些位于晶粒间的缝道也相继被填满以后，整个完整的薄膜也就在晶圆表面上初步地形成了，如图1e)。以上所描述的薄膜沉积过程虽然复杂，但实际过程仅仅需要几秒，甚至不到一秒钟的时间，便可以完成。接下来，薄膜的沉积便向着增加薄膜厚度的方向继续进行了。 图 1膜成长途径的三维图示 假设我们开始考虑一个比较大的面，而非单一晶粒，因为薄膜成长并非简单的以二元的方式来一层层向上进行，所以在沉积时，薄膜的表面将会形成许许多多三次元的不均匀图案或是缺陷(如图 1示的平台(阶梯(颈结(。虽然此时薄膜厚度增加的沉积原理，和前面所描述的步骤类似，但是因为薄膜表面所形成的这些三元结构，有助于增加吸附原子经表面扩散运动后，与之进行结合，因此薄膜的成长就不再局限于必须依赖晶粒的产生了。吸附原子可以直接在图1论 8位置，进行所谓的化学性吸附(所以，当薄膜的沉积进行到厚度增加的阶段以后，之前所说过的薄膜初期沉积机制，便不再是使薄膜成长的唯一途径了。 除了要考虑界面的因素，杂质以及掺杂质(长晶或薄膜的成长，也有着相当的影响。尤其是当这些杂质在主要薄膜材质中的浓度已经超过了其固态溶解度(，会造成杂质或掺杂质在主材质内产生隔离(现象，并且形成新的固态相(即便杂质或掺杂质的浓度不高，吸附原子在晶圆或沉积薄膜表面的扩散运动也会受到影响。主材质的表面自由能也会据此发生改变，使得整个薄膜沉积的机制变得复杂。 尽管如此，在薄膜沉积进行的过程中，在薄膜主材里加入少许或适量的掺杂质，在大规模集成电路的制程里却是非常普遍的。例如：铝磷硅玻璃(称。总的来说，这些掺杂质的加入，会影响整个薄膜沉积的进行，如以由于8%的磷原子，使得晶粒成长(速度加快，并且晶粒的外观将变得圆滑，没有明显的棱角出现。总而言之，杂质会影响晶粒的成长，大小及形状。 综上所述，我们可以明确的了解到，薄膜的沉积是一连串涉及吸附原子的吸附，吸附原子在表面的扩散，以及在适当的阶梯或颈结位置下聚结，从而逐渐形成薄膜并成长的总和。使这些吸附原子进行长晶，晶粒聚结，以及成长的驱动力，则来自由于薄膜成长而持续下降的整体表面自由能(其中，吸附原子的吸附能力，主要取决于粘滞系数 (表面的温度越高，吸附原子被表面所吸附的能力就越低。此外，吸附原子在晶圆表面所做的迁移(扩散，还 受到晶圆表面温度的影响。温度越高， ，其扩散能力越好，吸附原子 也就越容易找到一个理想的位置进行聚结。所以，晶圆表面温度越高，晶粒也就成长的越大，沉积薄膜的均匀性(就越好。所以，整个薄膜的结构与薄膜的沉积速率，都与进行沉积的晶圆表面温度息息相关。 用 工艺温度控制在中低温（约700以下）时，沉积速度与反应温度呈现出如图 1示的正比例关系。当工艺温度较高(约 900以上）时，沉积速度将随着反应温度的上升而渐渐放缓。当，由于吸附原子在沉积薄膜表面的扩散能力较差，所沉积下来的长距次序(的结构，或叫做“非晶硅(；当温度处在 575与 650之间时，所沉积下第一章 绪论 9来的 呈现出多晶硅的结构；当反应温度高于 700时，便开始产生“磊晶硅(。除去晶圆表面温度的影响，粘滞系数还受到工艺压力以及沉积速度的影响。所以，这两个因素也能影响薄膜沉积出的结构。 图 1 行硅薄膜沉积的沉积速率与温度的关系曲线 术 在讨论了薄膜沉积的的原理之后，我 们具体介绍一下物理气相沉积 (术在大规模集成电路制造中的应用。所谓的物理气相沉积，就是以物理反应方式进行的一种薄膜沉积技术。在半导体制造的发展过程中，主要的物理气相沉积（简称 术，包括蒸镀 (溅射两种。蒸镀是经过对被蒸镀物加热，利用被蒸镀物在高温（接近其熔点）时所具有的饱和蒸汽压来沉积薄膜的；而溅射则是利用电浆所产生的离子，经过离子对靶材(接电极(轰击(使电浆的气相(具有被镀物的粒子（如原子），然后按照前一节所介绍的沉积过程来实现薄膜的沉积的。 一个简易的真空蒸镀机(如图 1示，主要是由一个用来进行真空蒸镀的蒸镀腔(，以及一组用来提供进行蒸镀所需要的真空度的真空系统组合而成的。在真空蒸镀腔内，固体的蒸镀材料(为蒸镀源，会被置于一个由耐高温且导电的材料所制成第一章 绪论 10的坩埚里(，并外接一个直流电源。当适度的电流通过坩埚以后，放置于坩埚内的蒸镀源将由于坩埚的电阻效应所产生的热能，而被加热到接近蒸镀源的熔点附近。此时，原本处于固体状态的蒸镀源，其蒸发能力将会非常之强。利用这些从蒸镀源蒸发出来的原子，我们可以在置于蒸镀源上面不远处的晶圆表面上，如图 1示进行薄膜的沉积 。这种方法所需的坩埚，通常是由钼(钨(钽(作而成的。而其所需的蒸镀源，则大多采用熔点比较低的一部分材料，例如铝(。 除了图1高温材料的蒸镀上，我们通常采用所谓的“电子束蒸镀法(简称 ”来实线。它的基本原理与图1们之间最主要的差异，在于电子束蒸镀法是利用电子束(来进行蒸镀源的加热，而且其加热的范围，可以集中在蒸镀源表面一个极小的区域内，以避免如真空蒸镀法一般，必须对整个蒸镀源进行加热才能进行沉积的能效极低的镀膜方式。因此，在半导体制造上的应用，通常是以如铝的蒸镀。 但是，蒸镀法有着许多的缺点及限制。首先，由于不同材料在同一温度下的蒸发速率不尽相同，所以蒸镀法对各种合金(A 是化合物的沉积成分控制的并不理想。其次，用蒸镀法所沉积而成的薄膜，其阶梯覆盖(能力也很不理想。再加上坩埚材质的原子或分子也有一定的蒸发能力，使得其沉积薄膜的纯度很难控制。基于这些及其它未被列入的缺点及限制，我们在先进的大规模集成电路制造过程里已经不再使用蒸镀法。取而代之的是具有较好成分控制能力且阶梯覆盖能力较好的溅射法( 图 1空蒸镀腔基本结构示意图 第一章 绪论 射原理 等离子体(也称电浆，是一种被部分离子化的气体(通过对两块相对应的电极板(以电压，如果电极板之间的气体分子浓度处于某一特定区间，电极板的表面由于离子轰击(产生的二次电子(在电极板 所产生的电场下，将能够获得足够的能量，从而与电极板之间的气体分子进行撞击，发生 “离解(， “离子化(以及“激发(等反应，产生出离子，原子，原子团(及更多的电子，来维持等离子体内各粒子间的浓度平衡。 图 1离子体发生器的基本结构及离子溅射的示意图 其中，离子对电极板的轰击(整个过程的重点。图 1示了直流等离子体的负极电极板受到离子轰击的情况。脱离等离子体的带正电荷的离子，在暗区的电场加速下，将会获得极其高的能量。当离子与负极发生轰击后，遵循动量传递(原理，离子轰击除了会产生二次电子外，还会把电极板表面的原子给轰击出来。这个过程，被称为“溅射(。公式 1示在弹性碰撞模型下，不同粒子经撞击所转移的动能大小。其中，m 为参与撞击的离子质量，而 E m 则表示离子在撞击前所具备的动能。这些被轰击出的电极板原子将进入等离子体里，然后通过诸如扩散(方式，最后传递到晶圆的表面，并沉积下来。这种利第一章 绪论 12用等离子体独有的离子轰击，以动量传递的原理，在气相(制造沉积元素以便进行薄膜沉积的物理气相沉积技术，被称为“溅射(Sp 。基于以上的模型，溅射的沉积过程，基本上可以分为以下几个步骤： 1. 等离子体内所产生的部分离子，脱离等离子体并向阴极电板表面移动。 2. 经过电场加速的离子将轰击(极电板表面，并由此轰击出电极板原子。 3. 被轰击出的电极板原子将进入等离子体内，并最后传递到另一端放置有晶圆的电极板的表面。 4. 所有被吸附(晶圆表面的吸附原子(将根据本章第一节所介绍的机制及原理，进行薄膜沉积。 转移动能=4MmE m/(M+m) （1直流等离子体(一种最为简易的产生等离子体的方式。当然，使用直流等离子体的前提条件，就是两个电极板的材料必须是导体才可以，这样才能避免带电粒子在电极板的表面上积累（这样会使两个电极板构成的回路相当于一个荷电的电容） 。换言之，以直流等离子体进行薄膜的溅射时，所沉积的薄膜的材质，将是电的导体，如铝(钛(金属材料。而且薄膜的沉积材料，就是负极电极板的电极材料。我们通常用“靶材(来表示应用在溅射制程中的负极电极板。因为连接直流电源阴极的靶材，是薄膜溅射沉积材料的来源，所以随着沉积过程的持续进行，金属靶材的厚度将会越来越薄，因此必须按照适时的频率加以更换。 当离子对金属靶材进行轰击并产生靶材原子时，每个离子由于轰击而产生的靶材原子的数量的比值，被称为“溅射产额( ，通常是以 据对公式1们可以将溅射产额的数值，以公式1S=被轰击出的靶材原子数/轰击离子数=M+m)(E m/ （1其中是离子与金属靶材之间的撞击夹角，为靶材原子 第一章 绪论 13量，金属靶材原子的键结能 量。以氩离子对银靶材的溅射为例，当氩离子的能量介于100其是在撞击夹角约为 60左右时， 能产生最高的溅射产额（并非每种金属靶材都适用这个范围）。图 1a)显示了几种金属材料对应不同离子能量下的 S 值关系曲线。 在大规模集成电路的金属化(程中，许多常用的导电的金属实际上是多种金属的合金(如铝硅铜(金及钛钨(金便是比较常见的例子。在金属溅射刚刚开始的一段时间里，因为不同金属被离子轰击出的溅射产额都不一样，所以在薄膜沉积的初期，沉积薄膜的成分，将与合金金属靶材的组成有着相当大的差距，如图1b)所示。此时的薄膜，将含有比较多的高溅射产额值的原子。当比较容易被溅射出的原子陆续地从合金靶材表面移出之后，合金靶材表面的比较难于被溅射出的原子浓度将会上升，使得两者的溅射流量开始如图1b)所示的此消彼长，最后达到一个平衡的状态。此时所沉积的薄膜，其合金的含量比例与合金靶材的组成极为接近。因此，为了维持沉积薄膜的合金成分的稳定性(重复性(在溅射沉积的初期，通常暂时以一片可以移动的遮挡片(S 离晶圆与合金靶材。等到溅射趋于稳定以后，再移开遮挡片进行沉积。这样一来，还可以避免金属靶材的表面由于氧化而产生的氧化物，在溅射镀膜的初期，随同其它元素一起沉积到晶圆的表面。 第一章 绪论 14图15射流量、靶材表面、以及靶材内部的合金组成比例的示意图。为了方便理解，这里仅以一层组成来代表它们的组成情况。 图 1示一个由两种不同金属所组成的金属靶材，当溅射达到稳定状态后，金属靶材内部、表面以及被轰击出的原子含量的比例情况。其中实心原子的溅射产额是空心原子的两倍。 由上所述，我们可以知道溅射的发生原理，源自离子对位于负极的金属靶材的轰击。而离子的浓度（或数量）则取决于等离子体内高能二次离子的浓度。总的来说，溅射并非一种能量使用效率较好的物理反应。离子在穿越负极暗区(所获得的能量，在完成轰击以后，约有70%的能量转化为热，约有25%的能量用来产生二次电子，能量用在了溅射的步骤上。这就是为什么溅射的金属靶材必须配备足够的冷却装置，以避免靶材表第一章 绪论