半导体器件-半导体工艺介绍-薄膜淀积

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1、半导体工艺简介物理与光电工程学院张贺秋参考书：《芯片制造－半导体工艺制程实用教程》，电子工业出版社，赵树武等译，2004-10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二种薄膜沉积工艺化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition）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（PhysicalVapo

2、rDeposition）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……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装置金属有机化学气相沉积（Metalorganicchemicalvapordeposition）它是利用有机金属如三甲基镓、三甲基铝等与特殊气体如砷化氢、磷化氢等，在反应器内进行化学反应，并使反应物沉积在衬底上，而得到薄膜材料的生产技术。特点：使用有机金属化合物作为反应物。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。b）反应生成的副产物不

3、应妨碍晶体生长，不应污染生长层。c）为了适应气相生长，在室温左右应有适当的蒸气压（≥1Torr）。原料的优点：这类化合物在较低的温度即呈气态存在，避免了液态金属蒸发的复杂过程。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。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

4、器件制备，但其原子级生长机制仍很不清楚。MOCVD设备物理沉积PVD（PhysicalVaporDeposition）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，纯粹是物理过程物理沉积方法ThermalEvaporation(热蒸发)E-beamEvaporation(电子束蒸发)Sputtering(溅射)FilterVacuumArc(真空弧等离子体)ThermalOxidation(热氧化)ScreenPrinting(丝网印刷)SpinCoating(旋涂法)Electroplate(电镀)MolecularBeamEpitaxy(分子束外延)

5、高真空环境<10-3Pa热蒸发技术(ThermalEvaporationTechnique)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℃)热蒸发-几种典型结构挡板蒸发源晶振电子束蒸发(E-beamEvaporationTechnique)whenV=10kVElectronVelocity=6×104km/sTemperature~5000-6000℃E-beamEvaporationMachine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

6、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离子溅射技术物理过程1234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经典范例——GaAs薄膜的生长优点源和衬底分别进行加

7、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。