随着集成电路芯片器件特征尺寸不断缩小和一些特色工艺的要求，金属薄膜淀积对反应腔真空度和残余气体的要求越来越高，尤其对于高温厚铝溅射工艺，真空反应腔微环境的细小变化可能导致器件失效。本文采用氦质谱检漏仪，残余气体仪对出现问题的8英寸Al，W金属薄膜淀积真空设备进行真空和残余气体检查，采用扫描电子显微镜，透射电子显微镜，能量色散X射线光谱仪等方法对缺陷进行分析。研究表明设备真空腔体微漏和极微量的残余气体对Al，W金属薄膜质量影响很大。从设备的角度提出改善真空度、减少残余气体的措施，这些措施在实际生产中得到了验证和应用，达到减少设备停机时间，减少产品缺陷，提高成品率的效果。

　　重中之重词：本底真空泵度;残渣混合气体;物理防御气质联用的堆积;催化气质联用的堆积

　　在集成电路制造过程中， 一个重要的工序是金属薄膜淀积。金属薄膜淀积方法主要有物理气相淀积( PVD) 和化学气相淀积( CVD) 两种， 这两种淀积方式都必须在真空腔内完成。真空条件可以创建洁净的环境去除颗粒、不需要的气体、水汽和沾污， 还能降低分子密度， 增大分子碰撞的平均自由程， 真空度取决于淀积薄膜所能容忍的气体污染程度。随着产品尺寸越做越小， 对真空腔内的洁净度要求越来越高， 对空气中微小尘粒所造成的污染容忍度就越来越低。尤其对于高温高真空的厚铝溅射系统， 一些特殊器件对工艺腔的残余气体敏感度很高， 即使是真空腔微量外漏和残余气体也会产生明显的影响导致器件失效。因此生产中不但要提高本底真空度， 更要控制残余气体的成分。

　　由于残余气体对金属薄膜淀积有多大程度的影响取决于残余气体分压、金属种类、淀积方法、设备件、产品对杂质敏感程度、设备维护等众多因素，国内外很少有研究报告出版。美国应用材料公司(Applied Materials) 的I. Hashim 等[ 1] 分析了残余气体对铝铜溅射薄膜的影响， 美国英福康( Inficon) 公司的Chenglong Yang 等[介绍了残余气体仪( RGA) 在半导体制造中的应用， 国内中芯国际半导体( SMIC)吴永强等[ 3] 利用高压RGA 在线实时检测系统分析了残余气体对DRAM VIA 填孔能力的影响。

真空体腔体中的残留物汽体

　　真空系统中残余气体成分与真空系统的工艺和抽气系统的类型有关。半导体中的金属薄膜淀积设备主要使用无油的干泵、涡轮分子泵和低温泵抽气系统。CVD 一般使用干泵抽气系统， 而PVD 则使用涡轮分子泵和低温泵抽气系统。

　　真高空分类残留混合其他气体有冰汽(H2O) ， 二氧化氮(O2) 、氧气(H2) ， CO， CO2 及N2 等， 中间O2 和H2O 是淀积聚酰亚胺膜的核心环保故障源。湿气是电性原子， 在电性键与罐体外面衔接， 出现50~ 100 nm 的单原子层， 抽涡流的过程中 中湿气会冷却溶解在涡流腔体及及种种技艺机械部件外面， 湿气的的存在规定装置的然后涡流度， 也对聚酰亚胺膜淀积有引响。水在有机化学不良反应和真高空会被化解成阳离子或H2， O2 等混合其他气体原子， 因此 它形成涡流装置的一种故障是什么， 它顽强拼搏地粘在外面上， 去掉在一起很慢慢。 　　黑色金属面与空气质量中的氧发生角色， 能构成多一层多孔分散的防金属氧化物塑料膜和珍珠棉， 致使晶操作界面相结合力有效降底。稳定度汽体从何而来是供需双部分的， 能够是各种类型密闭器件、连接头、涡流箱系统腔体、传输汽体污水管的外泄、涡流箱系统腔壁、开展撤换艺器件的放气、不纯的汽体其它杂物， 还于同进同出涡流箱系统作用腔的Si 片本来就算能够的造成的乙炔气污染问题源。腔体涡流箱系统度和稳定度汽体是塑料膜和珍珠棉生长发育的首要关键因素。作用腔中稳定度汽体進入未能生长发育着的塑料膜和珍珠棉， 特点是有机化学规定性生动活泼的汽体是塑料膜和珍珠棉的造成的污染问题物， 稳定度汽体验抑制作用原子团、碳原子自行车运动， 难于构成平滑出平整的塑料膜和珍珠棉; 稳定度汽体进入塑料膜和珍珠棉中， 膜层上将军衔构成更多疵点， 进而使塑料膜和珍珠棉节构分散， 有效降底其面运动学特点。

　　本文主要研究真空腔体微漏和极微量的残余气体对金属薄膜淀积工艺成品率的影响， 改善设备的真空度和减少残余气体能够明显减少产品缺陷， 提高成品率。本文提到的三个案例真空泄漏都是因为焊接金属波纹管微小的漏气， 其实真空系统可能漏气地方很多， 如各种密封部件、法兰连接处、螺纹连接处、焊缝、旋转机械部件、接头部件等。金属波纹管广泛应用在金属薄膜淀积设备上， 从本文三个案例我们认识到金属波纹管在压缩和拉伸状态下泄漏可能不同， 如金属波纹管有问题不能反应工艺时的真实漏率。在实际中发现有的波纹管在压缩和伸展时漏率差异很大， 例如隔离阀在打开和关闭两个状态下金属波纹管处于压缩和拉伸， 在压缩时压力上升法测得漏率0.003 Pa/ min， 真空度可以到4.9 ×10^-5 Pa， 而伸展时漏率为0.28 Pa/ min， 真空度可以到1.0 × 10^-3 Pa。

　　对于真空薄膜淀积工艺出现问题时， 首先要对真空系统进行彻底检漏， 排除残余气体， 杂质对薄膜特性的影响， 检漏不仅关注在工艺腔， 周围的硅片传输腔也要彻底检漏。不但要降低真空系统中残余气体的量， 提高真空度， 更要控制残余气体的成分。部分高端芯片制造厂， 近年来逐步将高压型RGA 作为线上同步监控的仪器， 不但可以同步侦测， 还可以主动传送错误或警告信息停止设备作业， 但成本较高。

　　Abstract: The influence of the pressure and residue gases on quality of the Al and W films used in fabrication of large scale integrated circuit(IC) on 8 inch Si wafer，was systematically studied via case analysis.The surface microstructures of the metals films were characterized with optical microscopy，scanning electron miscroscopy and energy dispersive X-Ray.The results show that the micro-leak，originated from bellows of the vacuum system in particular，and the residual gases，including water vapor and oxygen，significantly results in serious problems in the metal films growth.Possible solutions to eliminate the micro-leakage and reduce the residual gases were tentatively discussed. 　　Keywords: Base pressure，Residual gas，Physical vapor deposition，Chemical vapor deposition

参考文献：
　　[1]Hashim I，Raaijmakers I J.Vacuum Requirements for NextWafer Size Physical Vapor Deposition System[J].AmericanVacuum Society，1997，15(3):1305
　　[2]Chenglong Yang，Jeff Merrill，David Lazovsky.Application ofIntegrated Process Monitor System on Endura2[J].Present onSemiCon West，2004
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[6]Kenji Hinode，Yoshio Homma.Whiskers Grown on AluminumThin Films during Heat Treatments[C].American VacuumSociety，1996:2570