蒸镀系统原理

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1、C.R.Yang,NTNUMT蒸鍍系統原理Principleofevaporationsystem台灣師範大學機電科技學系-1-C.R.Yang,NTNUMT真空鍍膜技術之分類ò化學氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition)熱CVD(ThermalCVD):LPCVD,APCVD電漿輔助CVD(Plasma-enhancedCVD)有機金屬CVD(MetalorganicCVD)ò物理氣相沉積法(PhysicalVaporDeposition)濺鍍(Sputtering)蒸鍍(Evaporation)台灣師範大學機電科技學系-2-C.R.Yang,NTNUMTChemic

2、alVaporDeposition(CVD)òLPCVDòAPCVDòPECVDòMOCVD(光電薄膜沈積)台灣師範大學機電科技學系-3-C.R.Yang,NTNUMTPhysicalVaporDeposition(PVD)SputteringTiN,TiW台灣師範大學機電科技學系-4-C.R.Yang,NTNUMTEvaporation(PVD)(JouleheatorElectronbeam)蒸鍍對合金或是化合物的沈積成份控制性差DualE-gunevaporator(交大半導體技術中心)台灣師範大學機電科技學系-5-C.R.Yang,NTNUMTCVD與PVD的比較(c)PVD的缺點

3、︰¢階梯覆蓋(Stepcoverage)能力較差(CVD>濺鍍>真空蒸鍍>E-gun)¢沈積薄膜的純度不易控制(蒸鍍時坩鍋材質亦會析出附著)¢對合金或是化合物的沈積成份控制性差(不同材料蒸發速率不同)先進的VLSI製程裡，僅Al金屬仍應用濺鍍長膜外(d)，其餘均改以CVD進行薄膜沈積台灣師範大學機電科技學系-6-C.R.Yang,NTNUMT蒸鍍與濺鍍的比較蒸鍍濺鍍靶材的選擇受限制(金屬靶材)幾乎不受限基材加熱低除磁控法外，需高溫表面損害低離子轟擊的損害合金沉積難易均勻度難易厚度控制不易控制易控制附著性不佳佳可利用調偏壓、壓力、薄膜性質不易控制基材加熱來控制基本設備費低價格昂貴台灣師範大學

4、機電科技學系-7-C.R.Yang,NTNUMT蒸鍍原理ò蒸鍍是在高真空狀況下，將所要蒸鍍的材料利用電阻或電子束加熱達到熔化溫度，使之熔解然後氣化，此時氣態之薄膜材料之原子或分子因同時具有加溫後的動能，而飛向基座，到達並附著在基板表面上的一種鍍膜技術。台灣師範大學機電科技學系-8-C.R.Yang,NTNUMT元素蒸氣壓TEMPERATURE(K)台灣師範大學機電科技學系-9-C.R.Yang,NTNUMT平均自由徑ò定義：分子平均兩次碰撞間所走的距離。-35×10L(cm)=P(torr)台灣師範大學機電科技學系-10-C.R.Yang,NTNUMT膜厚之均勻性ò利用晶片基座的公轉與自轉

5、，增強鍍膜的均勻性台灣師範大學機電科技學系-11-C.R.Yang,NTNUMT蒸鍍技術ò熱電阻式蒸鍍ò電子束蒸鍍台灣師範大學機電科技學系-12-C.R.Yang,NTNUMT熱電阻式蒸鍍ò利用電流通過電阻時，會產生熱能的原理來對薄膜材料間接加熱。ò主要作法為選用高熔點材料作為蒸發源，將欲鍍之薄膜材料置於其上，然後加正負電壓於蒸發源之兩端。台灣師範大學機電科技學系-13-C.R.Yang,NTNUMT熱電阻式蒸鍍缺點ò須先加熱蒸發源再傳熱給薄膜材料，因此蒸發源多少會與材料起作用，或引生雜質。(此點雖可加隔化性穩定之陶瓷層解決，但耗電很大)ò蒸發源能加熱之溫度有限，對於高熔點之氧化物大多無法

6、熔融蒸鍍。ò蒸鍍速率有限。ò材料若為化合物則有分解之可能(閃燃法可解決部分此類材料的蒸鍍)。ò膜質不硬、密度不高、附著性較差。台灣師範大學機電科技學系-14-C.R.Yang,NTNUMT電子束蒸鍍ò電子槍(e-gun)所產生的電子束由於磁場的作用力，而被轉向並集中至蒸鍍材料上。ò此電子束是一束高能量的電子，當電子與材料撞擊時，電子的動能會被轉換成熱能，到達加熱材料的目的。台灣師範大學機電科技學系-15-C.R.Yang,NTNUMT電子束蒸鍍缺點ò若電子束及電子流控制不當會引起材料分解或游離，前者會造成基板吸收電荷；後者會造成基板累積電荷，而引起薄膜表面放電損傷。ò對不同材料所需之電子束

7、的大小及掃瞄方式不同，因此若鍍膜過程中使用不同薄膜材料時必須經常調換。ò對於昇華材料或者是不熔解會蒸發之材料，其蒸發速率及蒸發分佈不穩定，後者對於膜厚的均勻性很有影響。ò裝置成本遠較電阻式蒸鍍來的高，不易打入低階產品市場。台灣師範大學機電科技學系-16-C.R.Yang,NTNUMT不同加熱來源蒸鍍法的比較加熱來源優點缺點電阻效應沒輻射污染電子束低污染輻射台灣師範大學機電科技學系-17-C.R.Yang,NTNUMT未來