物理气相沉积

PVD概述

物理气相淀积（Physical vapor deposition，PVD）是利用某种物理过程实现物质转移，将原子或分子由（靶）源气相转移到衬底表面形成薄膜的过程。

PVD相对于CVD而言工艺温度低,衬底温度可以从室温至几百摄氏度范围；工艺原理简单，能用于制备各种薄膜。但是，所制备薄膜的台阶覆盖特性、附着性、致密性不如CVD薄膜。PVD工艺主要用于芯片制作后期的金属类薄膜的制备，如芯片的金属接触电极，互连系统中的金属布线等。

$1atm=760Torr，1Torr=133.3Pa$

真空蒸镀(Vacuum Evaporation)又称为真空蒸发,是把装有衬底的真空室抽吸至高真空度，然后加热源材料使其蒸发或者升华，形成源蒸气流入射到衬底表面，最终在衬底凝结形成固态薄膜的一种工艺技术。

优点：

缺点：

已为溅射法和化学气相淀积法所代替

真空度对薄膜质量的影响很大。从整个蒸镀过程来看，真空室内的真空度(指的是基压)是所淀积薄膜纯度、致密度高低的关键。

源被蒸发时,蒸发原子在真空室的输运应为直线运动。如果真空度低，蒸气原子的平均自由程较短，当其小于从源到衬底的距离时，蒸发原子不断地与残余气体分子碰撞，运动方向不断改变，能量也受到损失，因此很难保证淀积在衬底上，即使淀积在衬底上也因原子自身能量低，在衬底表面的扩散迁移率下降,所淀积的薄膜就疏松，密度降低。
如果真空度低，真空室残余气体中含有的氧气(或水汽)会与在气相输运中的蒸发原子发生化学反应，使其氧化；同时，氧气(或水汽)也可能与加热衬底表面所吸附的蒸发原子发生化学反应，使其氧化，结果蒸镀的薄膜成为源的氧化物薄膜。
如果真空度低，真空室残余气体中含有的杂质原子(或分子)也会淀积到衬底上，进入薄膜之中，从而严重地影响蒸镀薄膜的纯度。

工艺名称	优点	缺点
电阻加热蒸镀	出现最早，工艺简单	有加热器污染，薄膜台阶覆盖差，难镀高熔点金属
电子束(EB)加热	无加热器污染，可蒸发高熔点金属，热效率高	有辐射损伤^[1]，设备复杂，价格昂贵
激光蒸镀	加热温度高，可避免坩埚的污染；材料蒸发速率高，蒸发过程容易控制；适应于蒸发成份比较复杂的合金或化合物材料	-
高频感应蒸发	-	-

溅射，指具有一定能量的入射离子在对固体表面进行轰击时，入射离子在与固体表面原子的碰撞过程中将发生能量和动量的转移，并可能将固体表面的原子溅射出来。

微电子工艺中的溅射，是指利用 气体辉光放电 时，离子对阴极轰击，使阴极物质飞溅出来淀积到基片上形成薄膜的工艺方法。

必须为金属靶材，非金属不行

在工作气体的气压较低时，靶阴极鞘层的厚度较大，原子电离过程多发生在距离靶较远的地方，因而离子运动至靶面的概率较小。同时，因电子平均自由程较长，电子在阳极上消失的概率就较大；而离子轰击阴极时发射二次电子的概率也相对较小。这些都使得工作气体的气压越低，原子电离成为离子的概率就越低，在低于 1Pa 时甚至不易发生自持放电。因此，薄膜淀积速率随着工作气体的气压降低而迅速下降。
而随着工作气体的气压升高，电子的平均自由程减小，原子的电离概率增加，溅射放电电流增加，薄膜淀积速率提高。但工作气体的气压升高达某一值时，飞溅出来的靶原子在飞向衬底的过程中将会受到过多的散射，因而淀积到衬底上的概率反而又会下降。