第10章淀积01概述.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 10.3 物理气相淀积 真空蒸发原理 升华与蒸发：当材料温度低于熔化温度时，产生蒸汽的过程称为升华。而熔化时产生蒸汽的过程称为蒸发。 真空蒸发：利用蒸发材料在高温时所具有的饱和蒸汽压进行薄膜制备 简单的蒸发装置 机械泵 高真空阀 高真空泵 工艺腔 (钟罩) 坩锅 蒸发金属 载片盘 * * 10.3 物理气相淀积 在蒸发沉积装置中，最重要的是蒸发源，根据其加热原理可以分为以下几种: 电阻式加热 电子束加热装置 激光蒸发镀膜( ablation)装置 * * 10.3 物理气相淀积 电阻式加热 这是应用的较多的一种蒸发加热方法。对于电阻材料的要求∶ 耐高温 高温下蒸汽压低 不与被蒸发物发生化学反应 无放气现象和其它污染 合适的电阻率 所以一般是难熔金属∶W、Mo和Ta等 另外对加热体坩埚主要采用耐高温的陶瓷材料 * * 10.3 物理气相淀积 将钨丝绕制成各种直径或不等直径的螺旋状即可作为加热源。 钨丝一方面起到加热器的作用，另一方面也起到支撑被加热物质的作用。 * * 10.3 物理气相淀积 电阻加热方法的局限性∶ 坩埚或其它加热体以及支撑部件可能的污染 电阻加热法的加热功率或温度也受到一定的限制。 而电子束蒸发正好克服了电阻加热方法的上述不足，因而成为蒸发法高速沉积高纯物质薄膜的主要的加热手段。 * * 10.3 物理气相淀积 电子束加热装置 在电子束加热装置中，被加热的物质被放置在水冷的坩埚中，电子束只轰击到其中很小的一部分，而其余的大部分在坩埚的冷却作用下仍处于很低的温度，即它实际上成了蒸发物质的坩埚材料。 因此电子束蒸发可以做到避免坩埚材料的污染。在同一蒸发沉积装置中可以安置多个坩埚，这使得可以同时或分别对多种不同材料进行蒸发。 * * 10.3 物理气相淀积 如图，由加热的灯丝发射出的电子束受到数千伏的偏置电场的加速，并经过横向部置的磁场线圈偏转270度后到达被轰击的坩埚处，这样的部置可以避免灯丝材料对于沉积过程可能造成的污染。 电子束蒸发的缺点是电子束能量的绝大部分被坩埚的水冷系统带走，因而热效率低 * * 10.3 物理气相淀积 激光蒸发镀膜 使用高功率的激光束作为能量进行薄膜的蒸发沉积的方法叫激光沉积法。 这种方法也具有加热温度高、可避免坩埚污染、材料的蒸发速率高、蒸发过程容易控制等特点。同时由于在蒸发过程中，高能激光光子将能量直接传给被蒸发的原子，因而激光蒸发法的粒子能量一般显著高于其它的蒸发方法。 * * 10.3 物理气相淀积 在激光加热方法中，需要采用特殊的窗口材料将激光束引入真空室中，并要使用透镜或凹面镜等将激光束聚焦至被蒸发材料上。针对不同波长的激光束，需要选用不同光谱透过特性的窗口和透镜材料。 一般来说，采用的激光源是二氧化碳激光器，其工作波长为10.6微米，很多介质和半导体材料的吸收率都很高。 * * 10.3 物理气相淀积 溅射 溅射是物理气相淀积形式之一，主要是一个物理过程，而非化学过程。 在溅射过程中，高能粒子在撞击具有高纯度的靶材料固体平板，按物理过程撞击出原子。这些被撞击出的原子穿过真空，最后淀积在硅片上。 * * 10.3 物理气相淀积 溅射的优点是： 1. 具有淀积并保持复杂合金原组分的能力； 2. 能够淀积高温熔化和难熔金属； 3. 能够在直径为200 mm 或更大的硅片上控制淀积均匀薄膜； 4. 具有多腔集成设备，能够在淀积金属前清除硅片表面沾污和本身的氧化层 (被称为原位溅射刻蚀)。 * * 10.3 物理气相淀积 基本溅射步骤 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； 在加速过程中获得动量，并轰击靶； 离子通过物理过程从靶上撞击出（溅射）原子，靶具有想要的材料组分； 被撞击出（溅射）的原子迁移到硅片表面； 被溅射的原子在硅片表面凝聚形成薄膜，与靶材料相比，薄膜具有与它基本相同的材料组分； 额外材料由真空泵抽走。 * * 10.3