物理气相淀积ppt课件.ppt

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1、天津工业大学集成电路工艺原理Chap.5物理气相淀积(PVD)IC中的薄膜及其制备方法1淀积的概念及PVD和CVD23溅射的基本原理及方法45真空蒸发的基本原理及过程薄膜淀积中的台阶覆盖问题天津工业大学集成电路工艺原理单个完整的CMOS结构天津工业大学集成电路工艺原理IC中的薄膜介电薄膜（SiO2，SiN）：用来隔离导电层，作为扩散及离子注入的掩蔽膜，或是防止掺杂物的流失，或用来覆盖器件免受杂质，水汽或刮伤的损害。多晶硅（Polysilicon）：MOS器件的栅淀积材料，多层金属导通材料或浅结的接

2、触材料。金属薄膜（铝，铜或金属硅化物）：形成低阻值金属连线，欧姆接触及整流金－半接触。天津工业大学集成电路工艺原理ULSI对薄膜性能的要求厚度均匀高纯度以及高密度可控制组分及组分的比例薄膜结构的高度完整性良好的电学特性良好的附着性台阶覆盖好低缺陷密度天津工业大学集成电路工艺原理薄膜制备方法薄膜制备热氧化(Oxidation):SiO2物理气相淀积(PVD):金属膜、介质膜化学气相淀积(CVD):介质膜、多晶硅、金属外延生长法(Epitaxy):硅器件工作区PVD：PhysicalVaporDepo

3、sitionCVD：ChemicalVaporDeposition天津工业大学集成电路工艺原理淀积过程天津工业大学集成电路工艺原理天津工业大学集成电路工艺原理PVD与CVDPVD：物理过程；固态源；台阶覆盖差，纯度高，适合淀积金属CVD：化学过程；气态源；台阶覆盖好，纯度较差，适合淀积介质天津工业大学集成电路工艺原理台阶覆盖（stepcoverage,gapfill）台阶覆盖就是指淀积薄膜的表面形貌与半导体表面的各种台阶形状的关系。共形（保形）覆盖（conformal）天津工业大学集成电路工艺原理

4、非共形覆盖入射（到达角）表面迁移（温度，压力）再发射天津工业大学集成电路工艺原理到达角（ArrivingAngle）到达角越大，淀积原子到达该点的几率越大，则该点淀积速率越大。天津工业大学集成电路工艺原理表面迁移（surfacemobility）及再发射表面迁移主要取决与温度和压力：温度越高，成膜原子表面迁移能力越强，有足够的能量迁移到到达角小的位置，因而台阶覆盖性更好；压力越大，淀积速率越快，成膜原子没有足够的时间进行表面迁移，因为台阶覆盖性能较差。再发射则主要取决于成膜原子与薄膜之间的作用力。

5、天津工业大学集成电路工艺原理台阶覆盖问题的改进工艺选择及参数优化（淀积方式、温度、设备形式等）器件设计优化（尽量减少深宽比）天津工业大学集成电路工艺原理§5.1真空蒸发法基本原理PVD:利用某种物理过程实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底（硅）表面上，并淀积成薄膜真空蒸发法（Evaporation）设备简单、操作容易、纯度较高、成膜快、机理简单附着力小、工艺重复性差、台阶覆盖性差、不适用多组分材料溅射（sputtering）适用于任何物质，不受蒸气压和膜成分限制，靶材料与膜成分符合，附着好，

6、台阶覆盖较好设备、操作较复杂天津工业大学集成电路工艺原理真空蒸发设备及蒸发过程真空蒸发设备：真空系统蒸发系统基板及加热系统蒸发过程：固气固加热蒸发过程气相输运过程表面淀积过程真空蒸发：在真空条件下，加热蒸发源，使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸气流并入射到硅片（衬底）表面，凝结形成固态薄膜的过程。又称为热蒸发。天津工业大学集成电路工艺原理真空蒸发设备天津工业大学集成电路工艺原理蒸发中的几个基本概念汽化热：克服固相中原子间的吸引力，并形成具有一定动能的气相原子和分子。饱和蒸气压：真空室内蒸发物质的

7、蒸气与固态或液态平衡时所表现出来的压力。真空度与平均自由程：真空系统中粒子两次碰撞之间飞行的平均距离称为蒸发原子或分子的平均自由程。高真空度的目的：保证粒子近似直线运动避免残余气体使金属或衬底发生氧化避免残余气体或杂质淀积天津工业大学集成电路工艺原理多组分薄膜蒸发方法单源蒸发法:合金靶中各组分材料蒸气压应该接近多源同时蒸发法：不同的温度控制，蒸发速率不一致多源顺序蒸发法：需高温退火天津工业大学集成电路工艺原理§5.2蒸发源电阻加热源：结构简单，价廉易做直接加热源：钨、钼、钽等；熔点高、蒸气压低、化

8、学性质稳定；润湿性好间接加热源：耐高温陶瓷和石墨坩埚电子束加热源：更高的能量密度，能蒸发难熔材料水冷坩埚避免容器材料的蒸发及与蒸发材料之间的反应热效率高，热传导和热辐射损失小激光加热源高频感应加热源天津工业大学集成电路工艺原理电阻丝直接加热蒸发电阻丝加热源示意图天津工业大学集成电路工艺原理电子束加热源示意图电子束蒸发天津工业大学集成电路工艺原理蒸发速率均匀性的控制平板式基板行星式转动机构的半球形罩天津工业大学集成电路工艺原理§5.3气体辉光放电（GlowDischarge）直流辉光