集成电路制造工艺 课件 2.4 物理气相淀积

集成电路制造工艺

----物理气相淀积单位：江苏信息职业技术学院微电子教研室薄膜生长------热氧化薄膜制备--物理气相淀积第二章薄膜制备半导体生产中常用的薄膜本章要点薄膜制备—外延生长薄膜制备--化学气相淀积§2.4

PVD薄膜制备工艺物理气相淀积的主要方法蒸发电阻丝加热蒸发电子束蒸发溅射直流溅射射频溅射磁控溅射真空度的单位换算：1Torr(托）=1mmHg=1/760标准大气压=133Pa(帕）1标准大气压=760mmHg=760Torr=105Pa待淀积的金属原子获得足够的能量，脱离金属表面蒸发出来，在飞行途中遇到硅片，就淀积在硅片表面，形成金属薄膜。

蒸发的含义§2.4.1蒸发真空度的划分真空度压强范围粗真空760-10Torr(1-0.013大气压）低真空10-10-1Torr中真空10-1-10-3Torr高真空10-3-10-5Torr（1）定义：

利用电阻丝对待蒸发材料进行加热使之熔化并蒸发出来电阻丝加热源

电阻加热蒸发（2）电阻加热蒸发设备一台商用蒸发台照片（3）电阻加热蒸发操作过程：蒸发源加热器处理铝丝处理石墨衬底处理蒸铝

（4）特点：加热设备简单，但难熔金属不容易找到合适的加热源，且污染较严重（3）电阻加热蒸发操作过程：注意：抽真空时先开机械泵，抽到低真空后，才能开扩散泵，关闭时反过来。（1）工作原理：被高压加速并聚焦的电子束在真空中轰击蒸发源表面时，由于电子束的动能几乎完全转变成热能，瞬间即可达到3000℃的高温，足以使蒸发源溶化，并蒸发到衬底表面形成薄膜。

电子束蒸发（2）设备偏转电子枪行星片架213提高台阶覆盖能力。电子束蒸发淀积的铝膜纯度高，钠离子沾污少。衬底采用红外线加热，直接烘烤硅片表面，工作效率高，杂质沾污少。4蒸发面积大，工作效率高。5应用范围广，可蒸发铂、钼、钛等高熔点金属材料。（3）特点§2.4

PVD薄膜制备工艺物理气相淀积的主要方法蒸发电阻丝加热蒸发电子束蒸发溅射直流溅射射频溅射磁控溅射利用等离子体中的离子，对被溅镀物体电极进行轰击，使气体等离子体内具有被溅镀物的粒子，这些粒子沉积到晶片上就形成薄膜。

溅射方法直流溅射射频溅射磁控溅射§2.4.2溅射工艺

溅射工艺的原理A.在高真空腔等离子体中产生正氩离子，并向具有负电势的靶材料加速。C.离子通过物理过程从靶上撞击出溅射原子，靶具有所需

要的材料组份B.在加速过程中离子获得动量，并轰击靶。D.被撞击出的原子迁移到硅片表面F.额外材料由真空泵抽走。E.被溅射的原子在硅片表面凝聚并形成薄膜。

溅射的步骤A.能够在直径为200毫米或更大的硅片上控制淀积均匀薄膜。E.能够淀积高温熔化和难熔金属C.具有淀积并保持复杂合金原组份的能力F.具有多腔集成设备，能够在淀积金属前清除硅片表面沾污和本身的氧化层。D.台阶覆盖能力优于蒸发B.膜厚容易控制，只要调节时间就可以得到所需的膜厚

溅射的特点简单平行金属板直流溅射系统++++++-+阴极阳极金属靶衬底1）电场产生Ar+离子2）高能Ar+撞击金属靶3）将金属原子从靶中撞出6）用真空泵将多余的物质从腔中抽走尾气进气4）金属原子向衬底迁移5）金属原子淀积在衬底上

直流溅射1）

直流溅射的原理：电场产生Ar+离子高能Ar+与金属靶撞击高能Ar+将金属原子从靶中撞出金属原子向衬底迁移金属原子淀积在衬底上用真空泵将多余的物质从腔中抽走2）

特点：直流溅射的优点是设备简单，但它的缺点之一是不能淀积绝缘介质，因为会造成放电停止。衬底表面会受二次电子的轰击，造成表面发热和损伤。+阴极绝缘材料阳极捕获一个电子成中性原子-阴极电位迅速升高,使两极之间电位减小,放电终止1）射频溅射的原理：

在电极的两极之间加上交流信号，使绝缘体表面维持电负性，使辉光放电维持，从而使淀积维持。射频溅射的实质是交流溅射，只是工作频率为13.56MHz,落在射频范围内，因此称为射频溅射。

射频溅射RF溅射系统匹配网络射频功率发生器等离子体边缘衬底支架隔直电容正向功率反向功率靶基板真空反应室2）射频溅射系统示意图1）

磁控溅射的作用：直流和射频溅射共同存在的问题：由于氩原子的影响，系统产生大量电子，使衬底温度升高，另一方面产生辐射，造成敏感元件的破坏，同时溅射率较低磁控溅射就是利用磁场来增加电子产生离化碰撞的百分数

磁控溅射（