《薄膜成膜技术》PPT课件

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1、第四章薄膜成膜技术本章重点介绍了常用的薄膜材料性能；干式薄膜成膜方法；电路图形形成技术等。常用薄膜材料一、薄膜导体材料导体薄膜的主要用途是形成电路图形，为半导体元件、半导体芯片、电阻、电容等电路部件提供电极及相互引线，以及金属化等。应具有以下特性：a.电导率要高；b.对电路元件不产生有害影响，为欧姆连接；c.热导率高、机械强度高；d.置于高温状态，电气特性也不发生变化；e.附着力大，成膜及形成图形容易；f.可进行选择性刻蚀；g.可进行Au丝、Al丝引线键合及焊接等加工。1)AgAg具有最高的电导率；与氧化铝陶瓷及玻璃的附着性好于Au易形成硫化物污染膜

2、，易形成氧化银大电流下，易发生电迁移，抗焊锡浸蚀性差2)Au导电好，不易氧化，抗蚀性好，电迁移效应弱对于任何基片没有直接的附着能力，只能用一些中间层来改善，如用铬，镍铬，钛，钨等打底。电迁移：金属原子在电流作用下产生的定向迁移，其结果是在导线中产生原子堆积形成的小丘或原子缺乏形成的空洞，造成电路短路或开路。3)Cu导电性仅次于Ag,熔点高，与氧化铝基片附着好，当各种自然条件变化时，仍保持附着性几乎能被用于所有合金材料中，生产成本低；抗电迁移性能最好4)Al迄今为止，Al在薄膜导体中应用最普遍对基片，介质，半导体表面附着良好熔化温度低(659.7摄氏度

3、)，能用相对较低的工艺温度沉积键合性良好电迁移效应严重实际上，采用单一导体很难满足所有要求，构成电子电路往往需要多种导体膜的组合。5)Cr-AuCr-Au与玻璃间具有良好的附着性，无论对P型还是N型Si均能形成欧姆接触，因此也常用作SiIC工艺中Al导线的替代；其成膜方法有两种，一是将基板加热到250摄氏度，依次真空蒸镀Cr和Au,二是采用溅射法沉积。Cr-Au可能引起的可靠性问题是Cr向Au中扩散，由此会引起电阻增加。6)NiCr-Au薄膜导体中应用最广泛的是NiCr-Au,其构成是先蒸镀0.1微米的NiCr合金膜，再蒸镀0.1微米的Au这种膜层在

4、200~400摄氏度的干燥氮气中放置24小时，阻值会有明显增加7)Ti-Au以Ti为底层的Ti-Au，对于所有种类的基板都显示出相当高的附着力。在250~350摄氏度的温度下就形成化合物，使Ti膜特性变差，造成阻值增加，因此，常在Au与Ti之间加入Pt阻挡层。二、常用薄膜电阻材料薄膜电阻用原材料的电阻率多分布在范围内，通常由此做成方阻值为的薄膜方电阻。以下的低方阻值电阻需求不多，为了获得高方阻值的薄膜电阻，或增加电阻膜长度，或减少电阻膜厚度。电阻体薄膜实际使用的TCR应在以下，且电性能稳定。1)Ni-Cr迄今为止用作电阻最好的材料。不论在氧化铝陶瓷还

5、是玻璃基片上，都非常稳定。也不会发生调阻后的阻值漂移；真空蒸发中，Ni与Cr蒸发压力之间存在相当大差异，因为Cr的高蒸发压力，其占据的组分随沉积时间增长而变大。故常采用溅射技术沉积。2)TaN采用溅射方法，在干燥的氮气环境下进行；电阻值范围宽，可达；工作条件下具有长期的稳定性。三、常用薄膜介质材料Ta材料用于电容器材料已有几十年历史，其特点是容量大，稳定性高；溅射Ta膜经阳极氧化形成TaO,且整个电路的电阻器和电容器和引线都钽膜化，制造工艺简单，提高了可靠性，降低了成本。薄膜成膜方法相对于厚膜，薄膜成膜方法很多，分类方法也不一样。一种是按干式和湿式分

6、类。在干式中，有以真空蒸镀、溅射蒸镀、离子镀为代表的物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)等；湿式中有电镀、化学镀、阳极氧化等。1)真空蒸发(镀)及溅射法真空蒸发是将镀料在真空中加热、蒸发，使蒸气原子团在温度较低的基板上析出形成薄膜。这种方法主要用于Au,Cu,Ni,Cr等导体材料及电阻材料的成膜。溅射镀是将放电气体导入真空，在辉光放电下产生正离子加速轰击处于阴极的靶材，使溅射出的原子沉积于基板上。这种方法一般多用于氧化物、氮化物等绝缘材料及合金材料的成膜。2)CVD法CVD法泛指气态原料通过化学反应生成固体薄膜的沉积过程。该化学反应可以是气

7、态化合物由基板表面向其内部的扩散，气态化合物和基板表面的反应，气态化合物的分解，或者气态化合物之间的反应等。CVD法成膜材料范围广泛，除碱金属，碱土金属之外，几乎所有的材料均可以成膜，特别适用于绝缘膜、超硬膜等特殊功能的膜的沉积。3)电镀和化学镀电镀和化学镀是依靠电场反应，使金属从金属盐溶液中析出成膜的方法。对于电镀来说，促进析出的还原能量由外部电源提供；对于化学镀来说，需要添加还原剂。电镀或化学镀的特点是，可对大尺寸基板批量成膜，与其他成膜方法相比，设备投资低，但需要考虑环境保护问题。本课程重点讲述干式成膜法中的真空蒸发和离子溅射。一、真空蒸发具体

8、作法是使用真空机组把淀积室内的压强降到托以下，然后采用电阻加热，电子轰击等方法通过高熔点材料制成的蒸发源或直