西电集成电路制造技术第五章 物理气相淀积ppt课件

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 physicalvapordeposition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 3 10 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 0 1 0 2eV 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