《蒸发与溅射》PPT课件.ppt

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1、第八章：蒸发与溅射(物理气相沉积)8.1引言物理气相沉积（PVD）—PVD（PhysicalVaporDeposition）—半导体传统的金属化工艺PVD的发展：灯丝蒸发→电子束蒸发→溅射SSI、MSI→电子束蒸发LSI以上→溅射金属沉积系统：蒸发、溅射、金属CVD、铜电镀薄膜沉积技术分类、溅射8.2蒸发工艺原理蒸发的概念蒸发是在高真空中，把坩锅中的固体成膜材料加热并使之变成气态原子沉积到硅片上的物理过程。工艺目的在IC晶片上形成金属互连结构成膜材料的加热方式：蒸发器分为电阻加热、电子束加热、高频感应加热等三种蒸发的本底真空通常低于10－6Torr。简单的蒸发系

2、统电子束蒸发的概念：其成膜材料的加热方式是电子束加热，在高真空中，电子枪发出电子经系统加速聚焦形成电子束、再经磁场偏转入射到坩锅的成膜材料上将其加热，并使之变成气态原子沉积到硅片上的物理过程。在蒸发技术中，电子束蒸发占主流。电子束蒸发系统电子束蒸发系统电子束蒸发设备：电子束蒸发系统的组成：1.高压电源系统2.真空系统3.电子加速聚焦偏转系统4.工艺腔5.水冷坩锅系统（通常为带旋转的四坩锅）6.载片架电子束蒸发过程1.在高真空腔中，电子枪发射的电子经加速获得足够的动能并聚焦形成电子束。2.电子束经磁场偏转，向成膜材料轰击加热并使之蒸发3.成膜材料蒸发出的原子或分子

3、在高真空环境下的平均自由程增加，并以直线运动形式撞到硅片表面凝结形成薄膜。蒸发的优点：1.沉积速率高，常用于功率器件的厚金属化电极（厚度达到5.0μm）蒸发的缺点：1.台阶覆盖能力差2.不能沉积金属合金因缺点1，大规模IC工艺中，蒸发被溅射所替代8.3溅射工艺原理溅射的概念：在高真空下，利用高能粒子撞击具有高纯度的靶材料表面，撞击出的原子最后沉积在硅片上的物理过程。工艺目的：同蒸发在溅射工艺中，本底真空通常低于10－7Torr，工作真空10－3Torr左右。选惰性气体氩Ar离子为高能粒子，不与其它物质发生化学反应，是重离子获得的能量大。溅射过程溅射有6个基本步骤

4、：1.在高真空腔等离子体中产生正氩离子，并向具有负电势的靶材料加速；2.在加速中离子获得动能，并轰击靶；3.离子通过物理过程从靶表面撞击出（溅射）原子；4.被撞击出（溅射）的原子迁移到硅表面；5.被溅射的原子在硅片表面凝聚并形成膜。薄膜具有与靶相同的材料组分；6.多于粒子由真空泵抽走。溅射过程溅射过程溅射离子的能量范围0.5KEV～5.0KEV能量太小轰击不出来靶材料原子，能量太大产生氩离子注入现象。溅射率（溅射产额）每个入射离子轰击出的靶原子数影响溅射率的因素1.轰击离子的入射角2.靶材料的组分和它的几何因素3.轰击离子的质量4.轰击离子的能量溅射的优点：1.

5、台阶覆盖能力好2.能沉积金属合金（成膜组分与靶材组分相同）溅射的缺点：1.沉积速率低溅射系统分类1.RF（射频）溅射系统2.磁控溅射系统3.IMP（离子化的金属等离子体）系统RF（射频）溅射系统缺点：溅射速率低。磁控溅射系统是现代IC制造应用最广泛的系统。IMP的优点：填充高深宽比的通孔和狭窄沟道能力强，满足深亚0.25μm的应用。RF（射频）溅射系统磁控溅射的概念磁控溅射是一种高密度等离子体溅射，是利用靶表面附近的正交电磁场使电子平行靶表面做回旋运动，从而大大增加了与氩原子的碰撞几率，显著地提高了等离子体区的Ar离子密度，使溅射速率成倍增加。在溅射技术中，磁控

6、溅射占主流。磁控溅射的优点：1.比普通溅射的溅射速率提高了5～40倍2.使用射频电源，能溅射介质3.溅射时基片温升低（基本上不受电子轰击，二次电子损伤小）磁控溅射系统的组成磁控溅射设备非常复杂，系统主要由7个部分组成：1.高压射频电源及电气系统2.真空系统3.工艺腔4.靶组水冷系统5.传片系统6.载片架7.氩气供给系统磁控溅射系统磁控溅射系统磁控溅射靶组件8.4蒸发和溅射的比较特点优点缺点电子束蒸发1.成膜速率高（能蒸发5微米厚的铝膜）1.台阶覆盖差2.不能沉积合金材料磁控溅射1.能沉积复杂的合金材料2.能沉积难熔金属和非金属3.台阶覆盖好4.很好的均匀性控制5

7、.能多腔集成去除表面沾污（原位反溅刻蚀）1.成膜速率适中2.设备复杂昂贵8.5先进的金属化技术芯片金属化技术术语1.金属化—在芯片制造过程中，在绝缘介质膜上沉积金属膜以及随后刻印图形以便形成互连金属线和孔填充塞的过程。2.互连—用导电材料（如铝、多晶硅或铜）制成的连线用以传输电信号。3.接触—硅芯片内的器件与第一金属层之间在硅表面的连接。4.通孔—穿过各层介质层从某一金属层到相邻的另一金属层形成电通路的开口。5.填充薄膜—金属薄膜填充通孔以便在两层金属层之间形成电连接。现代集成电路对金属膜的要求1.电阻率低：能传导高电流密度2.粘附性好：能够粘附下层衬底实现很好

8、的电连接，半导体与金属连