半导体器件半导体工艺介绍薄膜淀积实用教案

1、薄膜淀积（沉积(chnj)）为满足微纳加工工艺和器件要求，通常情况下关注薄膜的如下几个特性：1、台阶覆盖能力2、低的膜应力3、高的深宽比间隙(jin x)填充能力4、大面积薄膜厚度均匀性5、大面积薄膜介电电学折射率特性6、高纯度和高密度7、与衬底或下层膜有好的粘附能力第1页/共22页第一页，共23页。二种薄膜沉积(chnj)工艺 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）利用化学反应生成所需的薄膜材料，常用于各种介质材料和半导体材料的沉积，如SiO2, poly-Si, Si3N4 物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）利用物理机制(jzh)

2、制备所需的薄膜材料，常用于金属薄膜的制备，如Al, Cu, W, Ti第2页/共22页第二页，共23页。化学(huxu)气相沉积装置 一高温(gown)(gown)和低温CVDCVD装置 二. . 低压CVDCVD装置 三. . 激光辅助CVDCVD装置四. . 金属有机化合物CVDCVD装置五. . 等离子辅助CVDCVD装置 第3页/共22页第三页，共23页。金属(jnsh)(jnsh)有机化学气相沉积（Metal organic chemical vapor Metal organic chemical vapor deposition deposition ） 它是利用有机金属如三甲基

3、镓、三甲基铝等与特殊气体如砷化氢、磷化氢等，在反应器内进行化学反应，并使反应物沉积在衬底上， 而得到薄膜材料的生产(shngchn)技术。 特点：使用有机金属化合物作为反应物。 第4页/共22页第四页，共23页。作为有机化合物原料必须满足的条件：a）在常温左右较稳定，且容易处理。b）反应生成的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层。c）为了(wi le)适应气相生长，在室温左右应有适当的蒸气压（1Torr）。 原料的优点： 这类化合物在较低的温度即呈气态存在，避免了液态金属蒸发的复杂过程。第5页/共22页第五页，共23页。MOCVD综合评价：MOCVD设备相对其他设备价格要贵，不光是设备本身贵

4、而且维护费用也贵。MOCVD设备还是有很多优势(yush)的，一是控制极为精密，能生产出高质量的材料；二是便于规模化生产，只要材料研发成功极易转产业化。所以使用MOCVD设备是很多高校和科研单位的首选。 第6页/共22页第六页，共23页。存在(cnzi)问题 设备复杂、投资大、外延生长速度慢、经济效益差。 对晶体平滑度、稳定性和纯度等参数要过严格，缺陷和杂质(zzh)会导致外延膜表面缺陷密度大。 尽管已广泛用于多种新型半导体器件制备，但其原子级生长机制仍很不清楚。第7页/共22页第七页，共23页。MOCVD设备(shbi)第8页/共22页第八页，共23页。物理物理(wl)沉积沉积PVD （Ph

5、ysical Vapor Deposition） 采用蒸发或溅射等手段使固体材料变成蒸汽(zhn q)，并在基底表面凝聚并沉积下来。 没有化学反应出现，纯粹是物理过程第9页/共22页第九页，共23页。物理物理(wl)沉积方法沉积方法 Thermal Evaporation (热蒸发热蒸发) E-beam Evaporation (电子束蒸发电子束蒸发) Sputtering (溅射溅射(jin sh) Filter Vacuum Arc (真空弧等离子体真空弧等离子体) Thermal Oxidation (热氧化热氧化) Screen Printing (丝网印刷丝网印刷) Spin Coa

6、ting (旋涂法旋涂法) Electroplate (电镀电镀) Molecular Beam Epitaxy (分子束外分子束外延延)高真空(zhnkng)环境10-3 Pa第10页/共22页第十页，共23页。热蒸发(zhngf)技术 (Thermal Evaporation Technique)蒸发工艺是最早出现(chxin)的金属沉积工艺钨W(Tm=3380) 钽Ta(Tm=2980) 钼Mo(Tm=2630) 第11页/共22页第十一页，共23页。热蒸发(zhngf)-几种典型结构 第12页/共22页第十二页，共23页。挡板(dn bn)蒸发(zhngf)源晶振第13页/共22页第十

7、三页，共23页。电子束蒸发(zhngf)(E-beam Evaporation Technique)when V= 10 kVElectron Velocity = 6104 km/sTemperature 5000-6000 第14页/共22页第十四页，共23页。E-beam Evaporation Machine第15页/共22页第十五页，共23页。溅射溅射(jin sh)技术技术 (Sputtering)溅射技术(jsh)基本原理：在真空腔中两个平板电极中充有稀薄惰性气体，在施加电压后会使气体电离，离子在电场的加速下轰击靶材(阴极)，在使靶材上撞击(溅射)出原子，被撞击出的原子迁移到衬底

8、表面形成薄膜。驱动方式(fngsh)： 直流型 DC Diode 射频型 RF Diode 磁场控制型 Magnetron第16页/共22页第十六页，共23页。离子(lz)溅射技术物理过程1234第17页/共22页第十七页，共23页。分子(fnz)束外延 是一种可在原子尺度上精确控制外延厚度、掺杂和界面平整度的薄膜制备技术。物理沉积单晶薄膜方法；在超高真空腔内，源材料通过高温蒸发、辉光放电离子化、气体裂解，电子束加热蒸发等方法，产生分子束流。入射分子束与衬底交换能量后，经表面吸附、迁移、成核、生长成膜。 主要用于半导体薄膜制备（超薄膜、多层量子结、超晶格）； 新一代微波器件(qjin)和光电子

9、器件(qjin)的主要技术方法第18页/共22页第十八页，共23页。第19页/共22页第十九页，共23页。经典范例(fnl)GaAs薄膜的生长第20页/共22页第二十页，共23页。优点(yudin) 源和衬底分别进行( jnxng)加热和控制，生长温度低 ，可形成超精细结构。 生长速度低，容易在过程中控制，有利于生长多层异质结构 是一个动力学过程，可以生长一般热平衡生长难以得到的晶体 。 生长过程中，表面处于真空中，利于实时监控检测。 第21页/共22页第二十一页，共23页。感谢您的观看(gunkn)！第22页/共22页第二十二页，共23页。NoImage内容(nirng)总结薄膜淀积（沉积）。b）反应生成的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层。c）为了适应气相生长，在室温左右应有适当的蒸气压（1Torr）。这类化合物在较低