PVD薄膜沉积工艺及设备.pdf

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1、PVD（物理气相沉积）薄膜工艺及设备介绍赵德胜1主要内容¾一PVD薄膜沉积的基本原理¾二PVD薄膜沉积各种方式的比较¾三PVD薄膜沉积中常见问题¾四PVD薄膜的表征¾五纳米加工平台现有设备介绍2一PVD薄膜沉积的基本原理•在半导体行业PVD主要用于金属化•物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition,PVD)技术：表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源－固体或液体表面气化成气体原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有特殊功能薄膜的技术。3一PVD薄膜沉积的基本原理©P

2、VD技术的分类物理气相沉积（PVD）真空蒸镀电子束（EB）蒸发热蒸发溅射镀膜直流溅射射频溅射脉冲直流溅射离子镀4一PVD薄膜沉积的基本原理©真空蒸镀•真空蒸镀是将镀料在真空中加热、蒸发，使蒸发的原子或原子团在温度较低的基板上凝结，形成薄膜。•热蒸发、EB蒸发。一PVD薄膜沉积的基本原理©热蒸发原理及特点•热蒸发是在真空状况下，将所要蒸镀的材料利用电阻加热达到熔化温度，使原子蒸发，到达并附着在基板表面上的一种镀膜技术。•特点：装置便宜、操作简单广泛用于Au、Ag、Cu、Ni、In、Cr等导体材料。一PVD薄膜沉积的基本原理©E

3、-beam蒸发原理•热电子由灯丝发射后，被加速阳极加速，获得动能轰击到处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。•特点：多用于要求纯度极高的膜、绝缘物的蒸镀和高熔点物质的蒸镀电子束熔融的蒸镀源水水冷坩埚一PVD薄膜沉积的基本原理©溅射镀膜•溅射－用带有几十电子伏以上动能的粒子或粒子束照射固体表面，靠近固体表面的原子会获得入射粒子所带能量的一部分进而向真空中放出，这种现象称为溅射。一PVD薄膜沉积的基本原理©溅射镀膜•磁控溅射－电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电

4、子飞向基片，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。一PVD薄膜沉积的基本原理©什么是辉光放电？•辉光放电是指在稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。10一PVD薄膜沉积的基本原理©直流溅射：适用于金属材料©射频溅射：是适用于各种金属和非金属材料的一种溅射沉积方法一PVD薄膜沉积的基本原理©脉冲溅射：一种用于消除直流反应溅射中异常放电技术。©反应溅射：在溅射过程中，在工艺气体中混入活性气体，在溅射过程中发生反应生成氧化物、氮化物等的溅射方式。12一

5、PVD薄膜沉积的基本原理©离子镀：在真空条件下，利用气体放电使气体或蒸发物质离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上。©离子镀把辉光放电、等离子体技术与真空蒸发镀膜技术结合在一起一PVD薄膜沉积的基本原理©物理气相沉积技术基本原理的三个过程•镀料的气化•镀料原子、分子或离子的迁移•镀料原子、分子或离子在基体上凝结14二PVD薄膜沉积各种方式的比较©真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀的比较方法优点缺点真空工艺简便，纯度高，通蒸镀化合物时由于热分解现象蒸镀过掩膜易于形成所需要难以控制组分比，低蒸气压

6、物的图形质难以成膜溅射附着性能好，易于保持需要溅射靶，靶材需要精制，镀膜化合物、合金的组分比而且利用率低，不便于采用掩膜沉积离子附着性能好，化合物、装置及操作均较复杂，不便于镀合金、非金属均可成膜采用掩膜沉积15三PVD薄膜沉积中常见问题©如何提高PVD薄膜的粘附性•基片的预处理V水洗V有机溶剂清洗V超声波清洗V蚀刻三PVD薄膜沉积中常见问题•镀膜前对基片进行离子轰击三PVD薄膜沉积中常见问题•镀膜时的加热•衬底和膜之间加入接触金属（Cr、Ni、Ti、W等）三PVD薄膜沉积中常见问题©如何在大台阶表面沉积厚度均匀的薄膜三PV

7、D薄膜沉积中常见问题•基片与蒸发源间的距离•镀膜时的压力•基片加偏压四PVD薄膜的表征©PVD薄膜的表征•电学性能：四探针•粘附性：划痕法•内应力：X射线衍射法•膜厚：台阶仪•表面粗糙度：AFM21五纳米加工平台现有设备介绍©磁控溅射－LAB1822五纳米加工平台现有设备介绍©LAB18系统组成控制系统抽真空系统电源加热真空腔体冷却系统五纳米加工平台现有设备介绍©LAB18Vacuum界面24五纳米加工平台现有设备介绍©LAB18Deposition界面25五纳米加工平台现有设备介绍©LAB18腔体内部26五纳米加工平台现有

8、设备介绍©LAB18的性能指标•真空度：2E-7Torr•工艺气体：Ar、O、N22•衬底升温：450℃•反溅功率：100W•直流源：500W•射频源：300W•脉冲直流：300W•厚度均匀性：<±5%•可加工样品尺寸：6寸和4寸每次一片，2寸每次4片，小样品夹具五纳米加工平台现有设备介绍