半导体器件半导体工艺介绍薄膜淀积.pptx

薄膜淀积（沉积）为满足微纳加工工艺和器件要求，通常情况下关注薄膜的如下几个特性：1、台阶覆盖能力2、低的膜应力3、高的深宽比间隙填充能力4、大面积薄膜厚度均匀性5、大面积薄膜介电电学折射率特性6、高纯度和高密度7、与衬底或下层膜有好的粘附能力第1页/共22页二种薄膜沉积工艺化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）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沉积，如SiO2,poly-Si,Si3N4物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）利用物理机制制备所需的薄膜材料，常用于金属薄膜的制备，如Al,Cu,W,Ti第2页/共22页化学气相沉积装置 一高温和低温CVD装置 二.低压CVD装置 三.激光辅助CVD装置四.金属有机化合物CVD装置五.等离子辅助CVD装置 第3页/共22页金属有机化学气相沉积（Metal organic chemical vapor deposition）它是利用有机金属如它是利用有机金属如三甲基镓三甲基镓、三甲基铝三甲基铝等等与特殊气体如与特殊气体如砷化氢砷化氢、磷化氢磷化氢等，在反应器等，在反应器内进行化学反应，并使反应物沉积在衬底上，内进行化学反应，并使反应物沉积在衬底上，而得到薄膜材料的生产技术。而得到薄膜材料的生产技术。特点：使用有机金属化合物作为反应物。使用有机金属化合物作为反应物。第4页/共22页作为有机化合物原料必须满足的条件：a）在常温左右较稳定，且容易处理。在常温左右较稳定，且容易处理。b）反反应应生生成成的的副副产产物物不不应应妨妨碍碍晶晶体体生生长长，不不应应污染生长层。污染生长层。c）为为了了适适应应气气相相生生长长，在在室室温温左左右右应应有有适适当当的的蒸气压（蒸气压（1Torr）。）。原料的优点：这这类类化化合合物物在在较较低低的的温温度度即即呈呈气气态态存存在在，避避免了液态金属蒸发的复杂过程。免了液态金属蒸发的复杂过程。第5页/共22页MOCVD综合评价：MOCVD设备相对其他设备价格要贵，不光是设备本身贵而且维护费用也贵。MOCVD设备还是有很多优势的，一是控制极为精密，能生产出高质量的材料；二是便于规模化生产，只要材料研发成功极易转产业化。所以使用MOCVD设备是很多高校和科研单位的首选。第6页/共22页存在问题设备复杂、投资大、外延生长速度慢、经济效益差。对晶体平滑度、稳定性和纯度等参数要过严格，缺陷和杂质会导致外延膜表面缺陷密度大。尽管已广泛用于多种新型半导体器件制备，但其原子级生长机制仍很不清楚。第7页/共22页MOCVD设备第8页/共22页物理沉积物理沉积PVD（Physical Vapor Deposition）采用蒸发或溅射等手段使固体材料变成蒸汽，并在基底表面凝聚并沉积下来。没有化学反应出现，纯粹是物理过程第9页/共22页物理沉积方法物理沉积方法Thermal Evaporation(热蒸发热蒸发)E-beam Evaporation(电子束蒸发电子束蒸发)Sputtering(溅射溅射)Filter Vacuum Arc(真空弧等离子体真空弧等离子体)Thermal Oxidation(热氧化)Screen Printing(丝网印刷)Spin Coating(旋涂法)Electroplate(电镀)Molecular Beam Epitaxy(分子束外延)高真空环境10-3Pa第10页/共22页热蒸发技术(Thermal Evaporation Technique)蒸发工艺是最早出现的金属沉积工艺钨W(Tm=3380)钽Ta(Tm=2980)钼Mo(Tm=2630)第11页/共22页热蒸发-几种典型结构 第12页/共22页挡板蒸发源晶振第13页/共22页电子束蒸发(E-beam Evaporation Technique)whenV=10kVElectronVelocity=6104km/sTemperature5000-6000第14页/共22页E-beam Evaporation Machine第15页/共22页溅射技术溅射技术(Sputtering)溅射技术基本原理：在真空腔中两个平板电极中充有稀薄惰性气体，在施加电压后会使气体电离，离子在电场的加速下轰击靶材(阴极)，在使靶材上撞击(溅射)出原子，被撞击出的原子迁移到衬底表面形成薄膜。驱动方式：直流型DCDiode射频型RFDiode磁场控制型Magnetron第16页/共22页离子溅射技术物理过程1234第17页/共22页分子束外延是一种可在原子尺度上精确控制外延厚度、掺杂和界面平整度的薄膜制备技术。物理沉积单晶薄膜方法；在超高真空腔内，源材料通过高温蒸发、辉光放电离子化、气体裂解，电子束加热蒸发等方法，产生分子束流。入射分子束与衬底交换能量后，经表面吸附、迁移、成核、生长成膜。主要用于半导体薄膜制备（超薄膜、多层量子结、超晶格）；新一代微波器件和光电子器件的主要技术方法第18页/共22页第19页/共22页经典范例GaAs薄膜的生长第20页/共22页优点源和衬底分别进行加热和控制，生长温度低，可形成超精细结构。生长速度低，容易在过程中控制，有利于生长多层异质结构 是一个动力学过程，可以生长一般热平衡生长难以得到的晶体。生长过程中，表面处于真空中，利于实时监控检测。第21页/共22页感谢您的观看！第22页/共22页