半导体制造中的金属工艺热蒸发技术、电子束蒸发技术和磁控溅射技术都是物理气相沉积（PVD）的重要方法，用于在半导体衬底上沉积金属薄膜。
热蒸发技术
• 原理：在高温下，将待蒸发的金属材料加热到其沸点，使其原子或分子从固态转变为气态，然后气态的金属原子或分子在真空中自由飞行，最终沉积在温度较低的半导体衬底表面形成金属薄膜。例如，在蒸发铝（Al）时，通过加热钨（W）丝等加热源，使放置在其上的铝丝熔化并蒸发。
• 设备组成：主要包括蒸发源、真空系统和衬底支架等部分。蒸发源用于加热金属材料，真空系统是为了创造一个低压环境，减少金属原子在飞行过程中与气体分子的碰撞，衬底支架则用于放置半导体衬底，并且通常可以控制衬底的温度和旋转，以保证薄膜沉积的均匀性。
• 特点：
• 优点：设备相对简单，操作方便，能够沉积高纯度的金属薄膜，并且沉积速率在适当的条件下可以较高，适合于大面积的薄膜沉积。
• 缺点：蒸发材料的熔点不能太高，否则加热源的选择会比较困难；对于合金材料的蒸发，可能会因为不同成分的蒸气压差异导致薄膜成分与源材料不一致；此外，薄膜的附着力相对较弱。
其他特点
优点是：①简单；②便宜；③无辐射。
缺点是：①高温下加热器可能引起的污染；②由于加热器可放置的蒸发源数量有限，此技术不能用于厚膜沉积；③不能用于难熔金属蒸发。这些问题可以在电子束蒸发中得到部分解决。
电子束蒸发技术
• 原理：利用电子束在高真空环境下轰击金属材料，使被轰击的金属局部获得能量而熔化和蒸发。电子束由电子枪产生，在电场和磁场的作用下聚焦成束，并精确地聚焦在金属材料的表面，从而实现对蒸发过程的精确控制。
• 设备组成：关键部件是电子枪，它可以产生高能量的电子束，还包括真空室、坩埚（用于放置蒸发材料）、衬底夹具等。在电子枪中，阴极发射电子，在阳极加速电压的作用下形成高速电子束，然后通过磁场进行聚焦和扫描。
• 特点：
• 优点：可以精确控制蒸发速率和蒸发位置，适合蒸发高熔点的金属和合金材料，能够实现对复杂成分材料的精确沉积，沉积的薄膜质量高，纯度高，并且附着力比热蒸发技术要好。
• 缺点：设备复杂，成本较高，电子束轰击可能会使部分材料分解或者产生杂质，并且沉积速率相对热蒸发可能较低。
高能电子会产生X射线，可以对一些器件产生不好影响。
磁控溅射技术
• 原理：在真空环境中，通入一定量的惰性气体（如氩气Ar），在电场作用下，惰性气体被电离形成等离子体。等离子体中的正离子在电场和磁场的共同作用下，加速飞向作为阴极的靶材（金属材料），离子轰击靶材表面，使靶材原子被溅射出来，这些溅射出来的原子在真空中飞行并沉积在半导体衬底上形成薄膜。
• 设备组成：主要有溅射靶材、磁控装置、真空系统和衬底台。磁控装置是关键部分，它通过磁场来约束等离子体，使等离子体中的离子更有效地轰击靶材，提高溅射效率。
• 特点：
• 优点：可以沉积多种金属和合金材料，薄膜的附着力强，能够很好地覆盖衬底表面，包括复杂形状的衬底，薄膜的均匀性较好，并且可以通过控制工艺参数（如溅射功率、气压等）来调节薄膜的质量和性能。
• 缺点：设备较为复杂，沉积速率可能不如热蒸发快，而且靶材的利用率可能有限，因为溅射主要发生在靶材表面的局部区域。
