物理气相沉积（PVD）：蒸发、溅射及适用边界

物理气相沉积（PVD）把材料从源转为蒸气或粒子通量，并使其在衬底上形成薄膜。蒸发与溅射是常见路线。溅射利用高能粒子从靶材打出原子，其中一部分到达晶圆 [T1]。PVD 可沉积金属和部分化合物，但靶材组成、反应性气体及输送条件都会影响最终薄膜。只列出材料名称的沉积步骤，不能证明使用了 PVD。

PVD 在产线中的位置

7nm FinFET 流程总览展示了替代栅序列：具名的 TaN、TiN 沉积步骤，随后是金属填充和平坦化。它有助于理解含金属薄膜在堆叠中的位置。图示步骤名称和截面没有标明是溅射、蒸发还是其他沉积路线。尤其是后续钨填充属于另一种集成作用，不能当作 PVD 实例。

物理与机制

溅射通过轰击粒子向靶材传递动量，使靶原子离开并穿过气体到达衬底。出射原子的角度与能量分布、气体散射以及表面相互作用，会影响覆盖和微观结构。许多 PVD 工艺具有方向性，因此凹陷侧壁收到的材料可能少于暴露的水平表面。但台阶覆盖不能由 PVD 名称固定预测：气压、源几何、离子化与衬底偏压都可能改变结果。反应溅射可借助氮或氧等气体形成化合物，因此“完全无需化学反应”并非所有 PVD 薄膜的规则。

工艺原理

• 材料源与组成：固体靶材提供物质，但晶圆上的化合物或合金组成未必与靶材完全相同；应检查实际薄膜，而非假定化学计量比直接转移。
• 输送与拓扑：通量角度和气体散射决定哪些表面收到材料。深而窄的开口使连续覆盖更难。
• 表面能量与损伤：高能物种可能改变密度、应力和附着，也可能在过强时再溅射或损伤表面；方向和幅度取决于工艺。
• 先看功能，再看方法：阻挡层、种层或功函数层在器件中有各自作用，但作用不能证明沉积方法。

挑战与失效模式

定向通量可能使凹陷表面覆盖过薄或不连续。开口处的悬挂层可能阻碍材料抵达深处。薄膜应力、附着与颗粒也可能影响良率。这些问题要求实测界面和覆盖，不能仅靠截面推断采用了哪种技术。

从原理到生产流程

用免费 7nm 总览定位替代栅薄膜及后续填充的顺序。总览提供集成语境，没有记录每个工位采用的沉积设备或方法。若比较成膜机理，可看 CVD。扩散阻挡层解释含金属薄膜的一种可能作用。

节点演进

结构更加凹陷时，定向输送可能难以形成连续衬层。为满足覆盖与界面要求，沉积路线可以调整或替换。不能单凭技术节点名称认定栅、阻挡层或种层必须使用 PVD。

相关工艺

PVD 描述物理源转移；溅射专题进一步解释动量传递与凹陷结构覆盖。CVD描述前驱体反应成膜。一个堆叠可以同时使用两者，并配合电化学填充与 CMP。应分别记录源工艺、最终薄膜和下游作用。

未来展望

当材料输送和薄膜性质满足结构要求时，PVD 仍是选项。面对更小开口和敏感界面，应把实测覆盖、应力、组成与损伤同其他沉积路线比较。