微电子工艺(7) 物理气相淀积- PRINT.ppt

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1、第8章物理气相淀积（PhysicalVaporDeposition）微电子工艺(8)----薄膜技术1本章内容8.1PVD概述8.2真空系统及真空的获得8.3真空蒸镀8.4溅射8.5PVD金属及化合物薄膜28.1PVD概述PVD常用来制备金属薄膜:如Al,Au,Pt,Cu，合金及多层金属。3物理气相淀积是利用某种物理过程实现物质转移，将原子或分子由源（或靶）气相转移到衬底表面形成薄膜的过程。有蒸镀和溅射两种方法蒸镀必须在高真空度下进行。溅射是在气体辉光放电的等离子状态实现。真空蒸发法制备薄膜的基本原理真空蒸发即利用蒸发材料在高温时所具有的饱和蒸汽压进行薄膜制备。在真空条

2、件下，加热蒸发源，使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸汽流并入射到硅片衬底表面凝结形成固态薄膜。制备的一般是多晶金属薄膜。48.2真空系统及真空的获得1atm=760Torr，1Torr=133.3Pa半导体工艺设备一般工作在低、中真空度。而在通入工作气体之前，设备先抽至高、超高真空度，即基压。真空划分压力分子运动特点Pa1Pa=1N/m2Torr1Torr=133Pa条件运动状态低真空105~102760~1λ>>d粘滞流中真空102~10-11~10-3d和λ尺寸接近中间流高真空10-1~10-510-3~10-7λ>d分子

3、流8.2.1真空系统简介58.2.1真空系统简介Q用标准体积来衡量，指相同气体在0℃和1atm下所占的体积，L·atm/min记为slm;mL·atm/min记为sccm阀门质量流速qm(g/s)：气体流量Q(slm)：6C与电导率一样并联相加；串联时倒数相加若大量气体流过真空系统，要保持腔体压力接近泵的压力，就要求真空系统有大的传导率----管道直径；泵放置位置泵入口压力气体传导率C泵的抽速Sp----体积置换率78.2.2真空的获得方法初、中真空度的获得压缩泵（机械泵）--用活塞/叶片/柱塞/隔膜的机械运动将气体正向移位有三步骤：捕捉气体-压缩气体-排出气体压缩比-

4、-压缩泵气体出口和入口的压力比值旋转叶片真空泵罗茨泵如果排出气体的压力是1atm，压缩比是100：1时，此泵能实现的最低压力是0.01atm（1kPa）8在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。压缩比30：1罗茨泵9高、超高真空度的获得在微电子加工领域，高真空泵分为两类：（1）转移动量给气态分子而抽吸气体（2）俘获气体分子抽吸腐蚀性、有毒、大流量气体--------扩散泵、分子泵抽吸通入的小流量气体或工艺前抽吸腔室-------低温泵10扩散泵与分子泵扩散泵--靠高速蒸汽射流来携带气体以达到抽气的

5、目的；适用于高真空，但入口真空也要求较高,一般前要接机械泵；压缩比可达108分子泵--利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵。118.2.3真空度的测量电容式压力计热偶规电离规复合真空计B－A规(热阴极电离规)热偶规构造原理图128.2.2真空的获得方法1、初、中真空度的获得压缩泵（机械泵）--用活塞/叶片/柱塞/隔膜的机械运动将气体正向移位有三步骤：捕捉气体-压缩气体-排出气体压缩比--压缩泵气体出口和入口的压力比值旋转叶片真空泵罗茨泵如果排出气体的压力是1atm，压缩比是100：1时，此泵能实现的最低压力是0.01atm（1kPa）

6、13在微电子加工领域，高真空泵分为两类：（1）转移动量给气态分子而抽吸气体（2）俘获气体分子抽吸腐蚀性、有毒、大流量气体--------扩散泵、分子泵抽吸通入的小流量气体或工艺前抽吸腔室-------低温泵142、高、超高真空度的获得扩散泵与分子泵扩散泵--靠高速蒸汽射流来携带气体以达到抽气的目的；适用于高真空，但入口真空也要求较高,一般前要接机械泵；压缩比可达108分子泵--利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵。158.2.3真空度的测量电容式压力计热偶规电离规复合真空计B－A规(热阴极电离规)热偶规构造原理图168.3真空蒸镀源受

7、热蒸发；气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运；被蒸发的原子或分子在衬底表面的淀积：凝结→成核→生长→成膜8.3.1工艺原理171、蒸发过程源从固体或液体表面逸出成为蒸汽原子的过程。固态-气态：熔化、沸腾固态-气态：升华任何温度，固（液）态物质周围环境中都存在着该物质的蒸汽，平衡时的蒸汽压强称为平衡（或饱和）蒸汽压。只有当处于加热源的平衡蒸汽压高于真空室源蒸汽分压时才会有净蒸发。蒸发温度在平衡蒸汽压为1.33Pa时所对应的物质温度蒸汽压18σ为液态物质表面张力；N为阿佛加德罗常数；k为玻尔兹曼常数；T为绝对温度；ΔHv为蒸发焓源的蒸发速率