5第五章物理气相淀积v研究报告.ppt

集成电路制造技术第五章 物理气相淀积西安电子科技大学微电子学院戴显英2012年9月19日本章主要内容n真空蒸发的原理n电阻加热源蒸发n电子束加热蒸发n多组分蒸发n溅射的原理n直流溅射nRF溅射n磁控溅射第五章 物理气相淀积n定义：利用蒸发或溅射等物理过程实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底(硅)表面上，并淀积成薄膜n分类：真空蒸发法和溅射法 1）真空蒸发法n优点：较高淀积速率，较高薄膜质量(系统真空度高)n缺点：台阶覆盖能力差，淀积多元薄膜时组份难控制 2）溅射法n优点：多元薄膜组份易控制，台阶覆盖能力强，衬底附着性好n溅射法在很大程度上已经取代了真空蒸发法，但真空蒸发法在科研和III-V族化合物半导体工艺中仍被采用热蒸发台1）基板2）蒸发源3）真空系统电子束蒸发台5.1.1 真空蒸发设备-蒸发台5.1.2 蒸发淀积过程加热蒸发：加热蒸发源（固态），产生蒸气；输运：气化的原子、分子扩散到基片表面；淀积：气化的原子、分子在表面 凝聚、成核、成长、成膜； 5.1.3 多组分蒸发n如，合金蒸发n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；n 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；n工艺关键：根据薄膜组分控制各层厚度； 5.1.3 多组分蒸发5.2 蒸发源n（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5.2.1 电阻加热n直接加热源：加热体与蒸发源的载体是同一物体；加热体-W、Mo、石墨。

n间接加热源：坩埚盛放蒸发源；（坩埚：高温陶瓷、石墨）n对加热体材料的要求：不产生污染熔点高：高于蒸发源的蒸发温度；饱和蒸汽压低：低于蒸发源；化学性能稳定：不发生化学反应， 不形成合金n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5.2.2 电子束蒸发n原理：电子轰击蒸发材料，使其熔化蒸发n特点：淀积高熔点、高纯薄膜；n优点：蒸发温度高：能量密度高于电阻源，可蒸发3000度以上的材料:W，Mo，Ge，SiO2，Al2O3；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 n缺点：一次电子和二次电子使蒸发原子电离，影响薄膜质量；设备及工艺复杂5.2.3 激光加热n可蒸发任何高熔点的材料（聚焦激光束功率密度高达106W/cm2）；n被蒸发材料局部受热而汽化，高纯度薄膜，（光斑很小，防止了坩锅材料受热的污染）；n淀积含有不同熔点材料的化合物薄膜可保证成分比例（功率密度高）n真空室内装置简单，容易获得高真空度5.2.4 高频感应加热n优点：蒸发速率快： 蒸发面积大；温度控制精确、均匀；工艺简便；n缺点：成本高；电磁干扰5.3 溅射n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。

n特点：被溅射出的原子动能很大，10-50eV（蒸发：0.1-0.2eV）；还可实现离子注入n优点：台阶覆盖好（迁移 能力强）Ar+离子能量和动量转移将使表面原子脱离化学键束缚5.3.1 溅射的物理过程5.3.2 溅射方法n直流、射频、磁控、反应、 离子束、偏压等溅射；1.直流溅射 （又称阴极溅射或直流二级溅射，常用Ar气作为工作气体n溅射靶：阴极n衬底：阳极（接地）n工作气体：Ar气n要求：靶材导电性好n特点：只适于金属靶材2. RF溅射n原理：高频电场经其他阻抗形式耦合进入淀积室；n特点：适于各种金属与非金属靶材；5.3.2 溅射方法3.磁控溅射n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n特点：淀积速率最高；5.3.2 溅射方法磁控溅射系统。