《物理气相淀积上》PPT课件

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1、第五章物理气相淀积内容概述真空技术蒸发溅射薄膜淀积机理概述形成薄膜技术：薄膜生长技术、薄膜淀积技术薄膜生长技术：专指衬底材料也是形成薄膜的元素之一，（如硅的热氧化生长二氧化硅）薄膜淀积技术：薄膜形成过程中不消耗晶片或衬底材料，薄膜淀积技术一般可分为两类：化学气相淀积（CVD）：利用化学反应生成所需的薄膜材料，常用于各种介质材料和半导体材料的淀积，如二氧化硅、多晶硅、氮化硅等，但是随着CVD技术的发展，其应用范围逐渐扩大。物理气相淀积（PVD）：利用物理机制制备所需薄膜材料，常用于金属薄膜的制备淀积，包括蒸发和溅射等。其它淀积技术还包括离子镀膜、溶液镀膜（化学反应沉积、阳极氧化法

2、、电镀法等）、旋转涂布法等薄膜淀积是芯片加工过程中一个至关重要的工艺步骤，通过淀积工艺可以在硅片上生长各种导电薄膜层和绝缘薄膜层。各种不同类型的薄膜淀积到硅片上，在某些情况下，这些薄膜成为器件结构中的一个完整部分，另外一些薄膜则充当了工艺过程中的牺牲品，并且在后续的工艺中被去掉。在SSI和MSIIC时代，蒸发是主要的金属化方法。由于蒸发台阶覆盖的特性差，所以后来被溅射取代。本章主要介绍物理气相淀积工艺中的蒸发和溅射真空知识微电子工艺中所用的真空技术：气体分子的质量输运机制：低压CVD等离子体产生机制：溅射、等离子体增强CVD、反应离子刻蚀无污染的加工环境：蒸发、分子束外延气体分

3、子的长程输运：离子注入真空基础知识真空：低于一个大气压的气体空间，和正常的大气相比是比较稀薄的气体状态。标准大气压：在温度为20℃，相对湿度为60％时的大气压强，1atm＝101325Pa＝1013.25mbar＝760torr，压强单位：帕斯卡(Pa)：国际单位制压强单位，1Pa=1N/m2标准大气压（atm）：1atm＝101325Pa乇(Torr)：1torr＝1/760atm＝1mmHg毫巴(mbar)：1mbar=102Pa真空度：低于大气压的气体稀薄程度。真空区域划分：粗真空、低真空、高真空、超高真空粗真空（1×105Pa～1×102Pa），气态空间的特性和大气差不

4、多，气体分子的平均自由程短；低真空（1×102Pa～1×10－1Pa），每立方厘米的气体分子数为1016～1013个，此真空区域由于分子数减少，分子的平均自由程和容器的尺寸相当；高真空（1×10－1Pa～1×10－6Pa），气体分子的平均自由程大于一般容器的线度。超高真空（＜1×10－6Pa），此时每立方厘米的气体分子数在1010个以下，超高真空的用途之一是得到纯净的气体，其二是可获得纯净的固体表面。气体动力学理论推导的几个公式：气体分子的平均速率：气体分子的平均自由程：气体分子处于无规则的热运动状态，它除了与容器壁发生碰撞外，气体分子之间还经常发生碰撞。每个分子在连续两次碰撞

5、之间的路程称为“自由程”－－其统计平均值称为平均自由程。根据理想气体定律,代入上式，得到式中d为分子直径，P为腔体压强；n为单位体积内的气体分子数；式中m为气体分子质量，注意：这些公式只是在时适用,L为腔体的特征长度真空的获得：真空系统的组成：待抽空的容器（真空室）、获得真空的设备（真空泵）、测量真空的器具（真空计）以及必要的管道、阀门和其它附属设备原理：当真空管道两端存在压力差的时候，气体会从高压处向低压处扩散，形成气体流动对于任何一个真空系统而言，都不可能得到绝对真空（P=0），而是具有一定压强－－称为极限压强（或极限真空），这是该系统所能满足需要的重要指标；第二个主要指标

6、是抽气速率－－指在规定压强下单位时间所抽气体的体积，它决定抽真空所需要的时间。真空的获得：至今还没有一种真空泵可以从大气压一直工作到超高真空的。前级泵：能使压力从一个大气压力开始变小，进行排气的通常称为前级泵。次级泵：只能从较低压力抽到更低压力的真空泵称为次级泵。通常是讲几种真空泵组合使用，如机械泵＋扩散泵、吸附泵＋溅射离子泵＋钛升华泵系统，前者为有油系统后者为无油系统。种类原理工作压强范围机械泵油封机械泵（单级）油封机械泵（双级）分子泵罗茨泵利用机械力压缩和排除气体<100Pa<10－2Pa100～10－8Pa103～10－2Pa蒸气喷射泵水银扩散泵油扩散泵油喷射泵靠蒸气喷射

7、的动量把气体带走100～10－7Pa100～10－6Pa干式泵溅射离子泵钛升华泵利用溅射或升华形成吸气、吸附排除气体10－2～10－8Pa10－1～10－8Pa干式泵吸附泵冷凝泵冷凝吸附泵利用低温表面对气体进行物理吸附排除气体<10-2Pa10－2～10－10Pa10－2～10－6Pa机械泵：旋片式、定片式和滑翔式等。旋片式噪声小，运行速度高应用最广。旋片式机械泵：定子、旋片和转子组成。这些部件全部浸在机械泵油中，转子偏心地置于定子泵内。原理：在温度一定的情况下容器的体积与气体的压强成反比。