华兆科技丨Polaris Series 8英寸物理气相沉积（PVD）系统解决方案

在半导体制造工艺中，薄膜沉积技术至关重要，而物理气相沉积（PVD）作为关键工艺环节，直接影响着芯片的性能和可靠性。

半导体制造工艺日益精密化，对物理气相沉积（PVD）系统提出了更高要求。北方华创的Polaris Series 8英寸物理气相沉积系统以其优秀的工艺灵活性、稳定的设备性能和出色的薄膜质量，为半导体制造领域提供了先进的解决方案。

该设备不仅适用于传统硅基半导体制造，还在化合物半导体、先进封装和微机电系统（MEMS）等新兴领域展现出了广泛的应用前景。

Polaris Series 8英寸PVD系统基于北方华创成熟的Cluster Tool平台架构，搭载全自动化装卸载系统，能更好地满足先进封装、微机电系统等多领域制程的发展需求。

该系统具有多项突出技术优势：

优异的工艺能力

Polaris系统支持多种材料膜层工艺，具备低损伤和高深宽比填充能力。它能够处理银、钨化钛、金、铂、钛、氮化钛、铝、铬等多种材料。技术参数表明，Ti沉积速率可达>1500Å/min，Cu沉积速率>3000Å/min，膜层均匀性<4.5%，Preclean刻蚀速率>260Å/min，刻蚀均匀性≤6%。

灵活的模块化设计

系统采用独立工艺腔室，最多可支持6个工艺模块，配置灵活，能够满足不同溅射工艺制备的需求。各腔室独立工作，可根据工艺需求对各腔室进行配置优化，辅助开发独特的软件调度算法，极大地提高了产能。

先进的温度与颗粒控制

一、多种材料工艺兼容性需求

痛点：半导体制造工艺日益复杂，不同应用场景需要沉积多种不同材料的薄膜，包括金属、氮化物和复合薄膜等。传统PVD设备往往针对特定材料优化，难以在单一平台上实现多种材料的优质沉积，导致生产线设备数量增加、成本上升和工艺复杂度提高。

解决方案：Polaris Series 8英寸物理气相沉积系统具备多种材料膜层工艺能力，可处理银、钨化钛、金、铂、钛、氮化钛、铝等多种材料。系统采用先进的磁控溅射源和腔室结构设计，有效提高了靶材利用率，确保了不同材料沉积过程的高效性和稳定性。通过优化工艺参数和硬件配置，该系统能够在同一平台上实现多种材料的优质沉积，满足了多样化工艺需求。

二、高深宽比结构填充挑战

痛点：随着半导体器件结构向三维发展，高深宽比结构（如硅通孔TSV）的薄膜沉积成为技术难点。传统PVD技术在处理高深宽比结构时容易出现覆盖不均匀、孔洞形成和阶梯覆盖率低等问题，影响器件可靠性和性能。

解决方案：Polaris系统具备优异的高深宽比填充能力，采用专业的磁控溅射源设计和多级磁控管技术，实现了深宽比高达15:1的TSV孔洞内部均匀镀膜（传统设备仅支持5:1）。系统通过优化等离子体产生及控制技术，提高了沉积粒子的定向性和阶梯覆盖能力，确保了复杂结构内部薄膜的均匀性和致密性。技术参数表明，Ti沉积速率可达>1500Å/min，Cu沉积速率>3000Å/min，膜层均匀性<4.5%，Preclean刻蚀速率>260Å/min，刻蚀均匀性≤6%。

三、薄膜质量与工艺稳定性问题

痛点：半导体器件对薄膜质量要求严格，需要严格控制薄膜的厚度均匀性、电阻均匀性、缺陷密度和应力水平。传统沉积设备往往存在颗粒污染、温度控制不精确和工艺稳定性差等问题，影响器件良率和性能。

解决方案：Polaris系统采用先进的温度和颗粒控制技术，确保了工艺过程的稳定性和重复性。系统具有良好的片内与片间均匀性控制能力，TiN片内与片间电阻均匀性在5%以内，Al片内与片间电阻均匀性也在5%以内。系统具有优异的温度控制能力，Degas加热均匀性可达150±10℃。通过精密的腔室设计与仿真模拟、颗粒控制和软件控制等核心技术，系统能够实现高质量的薄膜沉积，满足先进半导体制造的要求。

四、生产效率与运营成本压力

痛点：半导体制造企业面临巨大的成本压力和生产效率要求，传统PVD设备往往存在产能低、靶材利用率低和维护成本高等问题，影响了生产线的经济效益。

解决方案：Polaris系统采用多腔室Cluster结构，可支持6个工艺模块，能够进行全自动工艺处理，大大提高了设备产能。系统通过高效的靶材利用率和灵活的腔室配置，降低了运营成本。全自动化的设计减少了人工干预，提高了生产效率和工艺重复性。系统还具有配置灵活、大产能、低运营成本的优势，能够满足大规模生产的需求。

在晶圆级先进封装中，Polaris系统用于沉积Ti/Cu金属种子层，为后续电镀线路提供基础。这些金属层具备致密结构、高均匀性、低沉积温度等特性，对晶圆图形侧壁有良好覆盖率，保证种子层的连续性。

UBM（凸点下金属化）工艺

针对圆晶级先进封装中的UBM金属，Polaris B系列PVD系统能够实现铜、钛、钽、钛钨、金、铝等金属薄膜沉积，满足Fan-out、CIS、Gold Bump、Copper Pillar等应用的工艺需求。

多样化的工艺能力

除了先进封装应用，Polaris系统还适用于倒装工艺、金属电极等工艺，应用领域涵盖新兴应用、科研和化合物半导体。

利用 Polaris G620 系统开发 14nm 节点 FinFET 金属栅工艺，通过原位预清洁和低损伤沉积技术，实现 TiN 栅极的高致密度与均匀性。该设备同时支持氧化物（如 HfO₂）和金属（如 Ir）的交替沉积，支撑新型存储器件研究。

二、复旦大学集成电路学院

采购的 Polaris C630 集成系统用于功率半导体与第三代半导体材料研发，其多腔室设计可实现 SiC 衬底的金属化工艺全流程覆盖（如 Ti/Al 欧姆接触制备）。

三、西安电子科技大学实践项目

一、设备配置与安装

Polaris Series 8英寸物理气相沉积系统采用模块化设计，系统主要由传输模块、工艺模块、灰区部件、电源柜等组成。这种设计使得设备能够根据具体工艺需求进行灵活配置，同时也便于运输和安装。北方华创提供全面的技术支持和服务，包括设备安装、调试和验收，确保设备能够快速投入生产使用。

二、工艺开发与优化

针对不同应用场景和材料体系，提供工艺开发支持，帮助客户快速建立优化工艺参数。系统具有良好的工艺兼容性，能够适应多种工艺需求，包括倒装工艺、金属电极等。通过优化工艺流程，系统能够实现大产能表现，降低运营成本。

三、人员培训与技术支持

北方华创提供全面的培训服务，包括设备操作、维护和工艺优化等内容，确保客户能够熟练掌握设备使用技巧和故障处理方法。公司建立了完善的技术支持体系，能够快速响应客户需求，提供远程技术支持和现场服务。

四、持续改进与升级

北方华创致力于产品的持续改进和升级，不断推出新功能和工艺模块，满足日益变化的工艺需求。Polaris系统具有良好的扩展性，可以通过增加或升级工艺模块来扩展工艺能力，保护客户的投资价值。

Polaris系统已在全球200mm生产线获得广泛应用，市场占比超过25%，成为多家客户的基线设备。

清华大学、厦门大学等高校的微纳加工平台已采用Polaris系统进行科学研究和技术攻关，证明了该系统在科研领域的可靠性。

随着物联网、汽车电子、移动设备、可穿戴设备等行业的迅速发展，为200mm设备市场注入了新的成长动力。北方华创Polaris Series 8英寸PVD系统将继续为全球半导体产业提供可靠、高效的解决方案。