薄膜淀积技术.doc

《薄膜淀积技术.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、1引言白从1857年Faraday观察到薄膜淀积的现象到现奋，薄膜制造技术得到广泛的应用,从最WvJIJ在玩具和纺织行业，到现在无所不在的集成电路，薄膜制备技术几乎渗透到我们II常生活的每个角落，据统计仅薄膜设备一项，全球每年的销伟额可以达到数百亿美元，而应用这些薄膜设备制造的产品销您额要在400倍以上，不但应用广泛，薄膜淀积的技术也飞速进步，发展了很多种类，IC制造行业每5年就会更新一次设备，这其屮有大量薄膜制备设备，薄膜淀积的面积从最初(p50mm(2英寸)到(p300mm(伐英寸)，薄膜厚度从零点几个纳米到几个毫米，可见薄膜制备技术一直在飞速的进步，相丿、'、/：的

2、理论研究非常深入和广泛，从经典的热力学理论到建立在原了级观测的成核理论，几乎涉及到薄膜科学的每个方面，MEMS屮的平面工艺可以说是薄膜淀积技术和光刻、刻蚀技术的组合，掩蔽层、牺牲层、LIGA技术屮的电镀都离不开薄膜制备技术。MEMS屮使用的薄膜制备可分为如下4类：(1)真空薄膜制备技术，主要包括：PhysicalVaporDeposition(PVD)■原子直接通过气相从源到达衬底的表面，PVD和ChemicalVapo「Deposition(CVD)-通过化学反应在衬底上形成薄膜；(2)热氧化法；(3)水溶液薄膜淀积即所谓的电镀技术-plating；(4)物理淀积(sp

3、in-on.sol-gel),可以看出MEMS屮的薄膜制造技术，除了电镀技术祁来自于传统的IC制造工艺。2讨论2.1真空薄膜淀积理论的研究概况从薄膜淀积的现象被发现到现在，对薄膜淀积理论的研究一肓在进行，其根木目的就是能够预言反应的过稈，对实验提供指导，研究的范围涉及到薄膜淀积过稈的各个层面，从宏观热力、动力学研究到建立在原子级观察基础上的微观动力学的研究，基木思想部是以热力学理论、反应动力学理论、表血物理理论、以及量了力学为基础。真空薄膜淀积的理论研究建立在经典的热力学理论和表面物理学化学理论基础Z上，特别是rh于表面研究手段不断丰富和进步，对薄膜的微观结构和表而生长的

4、动力学的研究越来越深入和完善，无论是PVD还是cvd都是微观粒了运动到衬底表面，碰撞成核，然麻聚集成膜的过程，对薄膜淀积的理论研究也集屮在对这三个过稈的研究上，由于PVD淀积是一个物理过程，相对CVD过稈要简单一些，对PVD反应原理的研究作出重要贡献的三位科学家Lertz,KnudsenandLangnuir；1882年Hertz最早测出了水银在高真空的淀积速率[2],1915年knudsen提出封闭容器的knudsen-cell模型[3],以及Langnuir在knudsen-cell基础上总结出knudsen-Langnuir[4]关系式等，后人在他们的基础上逐步完善

5、看PVD的理论模型，CVD的理论研究主要是反应热力学理论和反应动力学理论的结合以及微观结构的研究，反应热力学主要研究反应的状态，是对反应静态的研究，反应动力学主要研究的是反应的过程，其核心思想是反应速度。rtr丁•化学反丿2的多样化和复杂性，理论模世也很多，随着表面观测的手段逐渐的丰富,例如：TransmissionElectronMicroscope(TEM)、Augerelectronspectros-copy(AES)、ReflectionHighEnergyElectronDiffraction(RHEED)、low-energyelectrondiffracti

6、on(LEED)等表血观测手段的不断进步基础之.上，随着上述手段的进步，也提出了一些模型，学者们提出了图1所示的建立在表面物理化学理论基础上的3种模世：岛状生长模型、层状生长模熨、Stranskikrastanov模羽[5],这些模型解释了不同的物理现彖，但是还有待完善的地方。随着计算机广泛的皿用于计算模拟，科学家们也推岀了一些模拟软件用于薄膜制备的实验模拟，例如EriksonandBesmann开发的SOLGASMIX软件，Nolang开发的EKVICALC和EKVIBASE软件都广泛的应用在CVD系统的热动力学平衡计算当中[6-8]o成核或则»1<1MI.1<0v20

7、>2MIdd戻状生Kf—=2混令生长―1fr—i1图13种蒲復氏柚理论示世图2.2常用真空薄膜淀积技术2.2.1物理汽相淀积（PVD）所谓PVD是原了真接以气态形式从淀积源运动到衬底表而从而形成同态薄膜。它是一种近乎刀能的薄膜技术，应用PVD技术可以制备化合物、金属、合金等薄膜，PVD主要可以分为熬发淀积、溅射淀积。蒸发淀积是将源的温度加热到高温，利用熬发的物理现彖实现源内原了或分了的运输，因而需要高的真空，蒸发淀积屮应川比较广泛的热蒸发和电了束蒸发。电了束蒸发和热蒸发主要是加热方式不同，热蒸发的特点是工艺简单、成木低，由于热