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物理气相沉积PPT课件
22页1、Chap5 物理气相沉积,PVD是以物理方式进行薄膜淀积的一种技术。在集成电路生产中,金属薄膜在欧姆接触、互连、栅电极和肖特基二极管等方面,都有很广泛的应用。 PVD有两种方法:蒸镀法(Evaporation Deposition)和溅镀法(Sputtering Deposition)。前者是通过加热被蒸镀物体,利用被蒸镀物体在高温(接近其熔点)时的饱和蒸汽压,进行薄膜淀积,又称热丝蒸发。后者是利用等离子体中的离子,对被溅镀物体(又称离子靶)进行轰击,使气相等离子体内具有被溅镀物体的粒子(原子),这些粒子淀积到硅晶体上形成溅镀薄膜,又称溅射。,蒸发:在真空系统中,金属原子获得足够的能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽原子,淀积在晶片上。按照能量来源的不同,有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种 溅射:真空系统中充入惰性气体,在高压电场作用下,气体放电形成的离子被强电场加速,轰击靶材料,使靶原子逸出并被溅射到晶片上,蒸发原理图,在薄膜淀积技术发展的最初阶段,蒸发法用的多。其优点:较高的淀积速率、相对高的真空度、较高的薄膜质量。 缺点:台阶覆盖能力差,淀积多元化合金薄膜时组分难以控制。 溅射法优
2、点:淀积多源化合金薄膜时,化学成分容易控制、淀积的薄层与衬底附着性好等。 溅射技术制备薄膜的技术已基本取代真空蒸发法。,5.1 真空蒸发法制备薄膜的基本原理,蒸发:材料的温度低于熔化温度时,产生蒸气的过程,称为升华,而熔化时产生蒸气的过程称为蒸发。 热蒸发: 蒸发材料,使其原子或分子蒸发,又称。,真空知识:PVD一般是以单质的固体材料为源,然后设法将它变为气态,再在衬底表面淀积而成薄膜。当一个系统中残留1Pa的空气时,由理想气体状态方程可以计算出,在室温下,每立方厘米空间约有2.4*1014个气体分子。这些气体分子不仅严重妨碍了铝、金、铬等金属蒸发分子由源向衬底的降落淀积,而且使每立方厘米衬底表面每秒钟要遭受到1018个空气分子的撞击,这个数值已远远超出了金属淀积膜的原子密度,这些物质夹在薄膜中,必然会破坏薄膜的成分与质量。所以,PVD法要求正式淀积之前,必须彻底地抽除淀积室内的残留气体,即在低气压(又称本底真空度)下,才能开始淀积。,本底真空度,依据淀积方法,淀积物性质而异。如蒸铝要比蒸金要求更低的本底真空度。这是因为铝易被氧化之故。真空度越高,淀积室内气体分子越少,使得蒸发材料的原
3、子或分子所走的路程就越长。 通常我们把大量原子或分子,两次间碰撞自由飞行的平均长度称为原子或分子的平均自由程(L)。,原子的平均自由程与气体压强成反比。也就是说,P越低,则L就越大。例如当P=1mmHg时,L=5*10-5cm;P=10-6mmHg时,L=5000cm。这就是要想源材料的原子或分子所走的路程越长,就必须将淀积室抽成高真空。生产上常用的是10-510-6mmHg,而蒸发源到衬底的距离大约在1030cm之间,即平均自由程远远大于源到衬底的距离,当源分子或原子从源材料脱离以后,就可以直线形式射到衬底上。当然这不是绝对的,碰撞肯定也有的,只不过这种碰撞几率小到可以忽略不计。,一、真空蒸发设备 三大部分 (1)真空系统:为蒸发过程提供真空环境 (2)蒸发系统:放置蒸发源,以及加热和测温装置。 (3)基板及加热:放置衬底,对衬底加热装置及测量装置。 真空蒸发法过程: (1) 加热蒸发过程 (2) 气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运过程 (3)被蒸发的原子或分子在衬底表面的淀积过程,蒸发原理图,二、汽化热和蒸汽压 三、真空度与分子平均自由程 四、多组成薄膜的蒸发方法 单源蒸发法:
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