《物理气相淀积》PPT课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,2010年3月,第五章 物理气相淀积,PVD：physical vapor deposition,淀积特点：物理过程；,技术：,蒸发：早期工艺制备金属薄膜；,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；,蒸气压：平衡时的饱和蒸气压；,升华：低于熔化温度时，产生蒸气的过程；,蒸发：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蒸气进行薄膜淀积；,优点：工艺及设备简单，淀积速率快；,缺点：台阶覆盖差。,5.1.1 真空蒸发设备,真空系统,蒸发系统,基板及加热系统,基板,蒸发源,真空系统,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；,5.1.5 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：根据薄膜组分控制各层厚度；,5.1.5 多组分蒸发,5.2 蒸发源,（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 电阻加热源,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。,间接加热源：坩埚盛放蒸发源；,坩埚-高温陶瓷、石墨。,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。,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 电子束蒸发源,原理：电子轰击蒸发材料，,使其熔化蒸发。,特点：淀积高熔点、,高纯薄膜；,5.2.2 电子束蒸发源,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。,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,可蒸发任何高熔点的材料（聚焦激光束功率密度高达10,6,W/cm,2,）；,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）；,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）,真空室内装置简单，容易获得高真空度,5.2.4 高频感应加热源,优点：,蒸发速率快：,蒸发面积大；,温度控制精确、,均匀,；,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：,）；还可实现离子注入。,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,5.4.3 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,（又称阴极溅射或直流二级溅射,，常用Ar气作为工作气体。）,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,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.磁控溅射,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。,特点：淀积速率最高；,磁控溅射系统,