《西电集成电路制造技术第五章物理气相淀积.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《西电集成电路制造技术第五章物理气相淀积.ppt（22页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第五章 物理气相淀积,西安电子科技大学微电子学院,绪论,PVD：physical vapor deposition特点：物理过程；方法：蒸发：早期工艺制备金属薄膜，目前广泛应用于科 研和-族化合物半导体工艺中；溅射：已取代蒸发。,5.1 真空蒸发的基本原理,材料的三态：solid，liquid，gas；蒸气：任何温度下，材料表面都存在自身的气体；饱和蒸气压：在一定的温度下，真空室内蒸发物质的 蒸汽与固态或液态平衡时所表现出来的压力；蒸发温度：饱和蒸汽压为133.310-2Pa时的物质温度；升华：低于材料熔化温度时，产生蒸气的过程；蒸发：材料熔化时，产生蒸气的过程；真空蒸发：利用蒸发材料熔化时产
2、生的饱和蒸气压进 行薄膜淀积；优点：工艺及设备简单，薄膜纯度高、淀积速率快；缺点：薄膜与衬底附着力小，台阶覆盖差。,5.1.1 真空蒸发设备,电子束蒸发台,5.1.1 真空蒸发设备,主要由三大部分组成：真空系统蒸发系统基板及加热系统,蒸发淀积过程,主要有三个基本过程：加热蒸发过程：加热蒸发源（固态），产生蒸气；气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运过程：气化 的原子、分子扩散到基片表面；被蒸发的原子或分子在衬底表面的淀积过程：气化的原 子、分子在表面凝聚、成核、成长、成膜；,5.1.5 多组分蒸发,如，合金蒸发方法：（按蒸发源分类）单源蒸发：具有薄膜组分比例的单一合金靶；靶源的要求：各组分蒸汽
3、压接近；多源同时蒸发：多种靶源，不同温度，同时蒸发；多源顺序蒸发：多种靶源，不同温度，顺序蒸发，最后高温退火；工艺关键：根据薄膜组分,控制相应厚度；,5.1.5 多组分蒸发,（按加热方式分类）电阻加热源电子束加热源高频感应加热源激光加热源,5.2 蒸发源,5.2.1 电阻加热源,直接加热源：加热体与蒸发源的载体是同一物体；加热体采用：W、Mo、石墨。间接加热源：坩埚盛放蒸发源；(坩埚采用：高温陶瓷、石墨)对加热材料的要求：熔点要高：高于蒸发源的蒸发温度；饱和蒸汽压要低：低于蒸发源；化学性能要稳定：在高温下与蒸发材料不发生化学反应，不形成合金。目的：不产生污染优点：工艺简单，蒸发速率快；缺点：难
4、以制备高熔点、高纯度薄膜。,原理：电子轰击蒸发材料，使其 熔化蒸发。特点：可淀积高熔点（3000）、高纯薄膜；应用：W、Mo、SiO2、Al2O3,5.2.2 电子束蒸发源,5.2.2 电子束蒸发源,优点：蒸发温度高：能量密度高于电阻加热源；高纯度淀积：水冷坩埚可避免容器材料的蒸发；热效率高：热传导和热辐射损失少。缺点：一次电子与二次电子使蒸发原子等电离；结构复杂、价格昂贵，会产生软X射线。,原理：利用高功率激光束进行加热。主要优点：(1)加热温度高，可蒸发任何高熔点材料。(2)坩埚材料对蒸发材料的污染小，薄膜纯度高。(3)能量密度高，可保证化合物薄膜成分比例。(4)易获得高真空度。(5)适合
5、蒸发成分比较复杂的合金或化合物。主要缺点：大功率激光器价格较昂贵。,5.2.3 激光加热源,5.2.4 高频感应加热蒸发源,优点：蒸发速率快；温度控制精确；工艺简便；缺点：成本高；电磁干扰。,5.4 溅射,原理：气体辉光放电产生等离子体具有能量的离 子轰击靶材靶材原子获得能量从靶表面逸出(被溅射出)溅射原子淀积在表面。特点：被溅射出的原子动能很大，10-50eV（蒸发：）；故，还可实现离子注入。优点：台阶覆盖好（迁移能力强）。,5.4.3 溅射方法,直流、射频、磁控、反应、离子束、偏压等溅射；1.直流溅射 溅射靶：阴极衬底：阳极（接地）工作气体：Ar气要求：靶材导电性好特点：只适于金属靶材,简单平行金属板直流二极管溅射系统,5.4.3 溅射方法,2.RF溅射原理：高频电场经其他阻抗形式耦合进入淀积室；特点：适于各种金属与非金属靶材；,5.4.3 溅射方法,3.磁控溅射原理：磁场在靶材表面与电场垂直，电子沿电场方 向加速、绕磁场方向螺旋前进，提高了电子 碰撞电离效率。特点：淀积速率最高；,DC 电源,双室超高真空多功能磁控溅射设备,
