張志群 任瑞

摘要： 本文介紹了濺射鍍膜的概念、使用濺射鍍膜的優(yōu)點與特性、半導(dǎo)體行業(yè)上運用。從濺射鍍膜知識切入點談?wù)摿藶R射的離子、濺射閾值、濺射率，濺射在肖特基二極管制造工藝上的運用。

關(guān)鍵詞：濺射;磁控濺射;靶材;濺射特性;肖特基二極管

1基本概念

1.1所謂“濺射”是指荷能粒子轟擊固體表面（靶材）、使固體原子（或分子）從表面射出的現(xiàn)象。

1.2濺射原子：由固體表面（靶材）射職的粒子，大多呈原子狀態(tài)，常稱為濺射原子。

1.3入射離子：用于轟擊靶的荷能粒子可以是電子、離子或中性粒子，因為離子在電場下易于加速并獲得所需動能，因此大多采用離子作為轟擊粒子。該粒子又稱入射離子。

1.4離子濺射鍍膜：由于直接實現(xiàn)濺射的機構(gòu)是離子，所以這種鍍膜技術(shù)又稱為離子濺射鍍膜或淀積。

1.5磁控濺射鍍膜：磁控濺射鍍膜是濺射中的一種方式，高真空腔室中通入中性氬氣，通過靶材陰極引入磁場、高壓電場，氬氣在高壓下電離形成Ar?離子與eˉ，二次電子在磁場與電場約束作用下，循環(huán)碰撞中性氬氣，得到高密度的等離子體（Ar?），等離子體在負壓情況下高速撞擊陰極靶材，通過動能轉(zhuǎn)換把靶材原子或分子撞出飛濺到基體上形成薄膜。

1.6刻蝕：與鍍膜相反，利用濺射也可以進行贏得蝕。淀積和刻蝕是濺射過程的兩種應(yīng)用。

2使用濺射鍍膜的優(yōu)點

2.1任何物質(zhì)均可以濺射，尤其是高熔點、低蒸氣壓元素和化合物。

不論是金屬、半導(dǎo)體、絕緣體、化合物和混合物等，只要是固體，不論是塊狀、粒狀的物質(zhì)都可以作為靶材。

由于濺射氧化物等絕緣材料和合金時，幾乎不發(fā)生分解和分餾，所以可用于制備與靶材料組分相近的薄膜和組分均勻的合金膜，乃至成分復(fù)雜的超導(dǎo)薄膜。

此外，采用反應(yīng)濺射法還可制得與靶材完全不同的化合物薄膜，如氧化物、氮化物、碳化物和硅化物等。

2.2 濺射射與基片之間的附著性好。

2.2.1 濺射原子的能量比蒸發(fā)原子能量高1-2個數(shù)量級，因此，高能粒子淀積在基片上進行能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生較高的熱能，增強了濺射原子與基板的附著力。

2.2.2 一部分高能量的濺射原子將產(chǎn)生不同程度的注入現(xiàn)象，在基片上形成一層濺射原子與基板材料相互“混溶”的所謂的擴散層。

2.2.3在濺射粒子的轟擊過程中，基片始終處于等離子區(qū)中被清洗和激活，清除了附著不牢的淀積原子，凈化且活化基片表面。因此，使得濺射膜層與基片的附著力大增強。

2.3? 膜厚可控性和重復(fù)性好。

由于濺射鍍膜時可通過控制靶電流來控制膜厚。所以濺射鍍膜的膜厚可控性和多次濺射的膜厚再現(xiàn)性好，能夠有效地鍍制預(yù)定厚度的薄膜。

3 濺射特性

3.1 濺射閾值：是指使靶材原子發(fā)生濺射的入射離子所必須具有的最小能量。不同的入射離子，它們的濺射閾值變化很小;而對于不同靶材，濺射閾值的變化比較明顯。即濺射閾值與離子質(zhì)量之間無明顯依賴關(guān)系，而主要取決于靶材料。對處于周期表中同一周期元素（靶材料），濺射閾值隨著原子序數(shù)增加而減小。

對絕大多數(shù)金屬來說，濺射閾值為10-30eV，相當于升華熱的4倍左右。（如表3-1）

3.2 濺射率及影響濺射率的因素

濺射率是描述濺射特性的一個最重要物理參量。它表示正離子轟擊靶陰極時，平均每個正離子能從陰極上打出的原子數(shù)。又稱濺射產(chǎn)額或濺射系數(shù)，常用S表示。濺射率與入射離子的種類、能量、入射角度及靶材的類型、晶格結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、升華熱大小等因素有關(guān)，單晶靶材還與表面取向有關(guān)。

3.2.1影響濺射率的因素-靶材料

濺射率與靶材料種類的關(guān)系可用靶材料元素在周期表中的位置來說明。在相同條件下，用同一種離子對不同元素的靶材料轟擊，得到不同的濺射率，并且還發(fā)現(xiàn)濺射率呈周期性變化，其一般規(guī)律是：濺射率隨靶材元素原子序數(shù)增加而增大。

3.2.2影響濺射率的因素-入射離子能量

入射離子能量大小對濺射率影響顯著。當入射離子能量高于某一個臨界值（濺射閾值）時，才發(fā)生濺射。

圖3-3為濺射率S與入射離子能量E之間的典型關(guān)系曲線。曲線可分為三個區(qū)域：

S正比于E2：ET

S正比于E：500eV

S正比于E1/2：1000eV

3.3.影響濺射率的因素-入射離子種類

濺射率與入射離子種類的關(guān)系：

3.3.1依賴于入射離子的原子量，入射離子的原子量越大，則濺射率越高。

3.3.2與入射離子的原子序數(shù)有關(guān)，呈現(xiàn)出隨離子的原子序數(shù)周期性變化的關(guān)系。這和濺射率與靶材料的原子序之間存在的關(guān)系相類似。

3.3.3在周期表每一橫排中，凡電子殼層真滿的元素作為入射離子時，就有最大的濺射率。因此，惰性氣體的濺射率最高。

一般情況下，入射離子多采用惰性氣體，同時還能避免與靶材料起化學(xué)反應(yīng)。通常氣用99.99%以上的氬氣為工藝氣體。

4? 濺射運用到肖特基二極管上的經(jīng)驗

4.1肖特基二極管勢壘層上的運用

肖特基二極管的勢壘層中需要在硅片氧化物上淀積一層100nm左右的勢壘金屬層后加溫硅化，最終形成類似PN結(jié)的一種肖特基結(jié)，通常此種材料使用Ni與Pt的合金，利用濺射后形成的膜厚致密性高粘附性強等優(yōu)點，其肖特基二極管正向?qū)妷涸?80mV至330mV間，比其它普通硅鍺二極管0.5-0.7V電壓有著明顯的能耗低、快速響應(yīng)都優(yōu)點。

4.2頂層正面與背面金屬的運用

濺射的也同樣運用的肖特基正面與背面金屬上面，均勻性保證在3%以下，重復(fù)性在2%內(nèi)，在與正面硅化物后金屬及背面經(jīng)過減薄后的硅片間都有著高于熱蒸發(fā)的附著力，成膜致密不易脫金。

5.結(jié)束語

濺射鍍膜的運用相當廣泛，在半導(dǎo)體制程中各種器件都需要用到濺射膜，因此分享此篇文章為廣大學(xué)者及同行更好的了解濺射的相關(guān)知識，并很好的學(xué)習(xí)掌握運用到今后的學(xué)習(xí)工作中。

參考文獻：

[1] 方應(yīng)翠 真空鍍膜原理與技術(shù) 北京：科學(xué)出版社，2014

[2] 張以忱 真空鍍膜技術(shù)與設(shè)備 北京：冶金工業(yè)出版社，2014

[3] 肖劍榮 磁控濺射制備氮化銅薄膜的結(jié)構(gòu)與性能 北京：中國水利水電出版社，2019

作者簡介：張志群（1987-） 男 杭州立昂微電子股份有限公司 工程師

任瑞（1989-）男 杭州立昂微電子股份有限公司 工程師