微細(xì)加工與MEMS技術(shù)12物理淀積

1、 在集成電路制造工藝中，常常需要在硅片的在集成電路制造工藝中，常常需要在硅片的表面淀積各種表面淀積各種固體薄膜。薄膜厚度一般在納米到微米的數(shù)量級，薄膜材料可固體薄膜。薄膜厚度一般在納米到微米的數(shù)量級，薄膜材料可以是金屬、半導(dǎo)體或絕緣體。以是金屬、半導(dǎo)體或絕緣體。 （常壓熱氧化、分壓熱氧化、高壓熱氧化等）（常壓熱氧化、分壓熱氧化、高壓熱氧化等） （真空蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜、分子束外延等）（真空蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜、分子束外延等） （常壓（常壓 CVD、低壓、低壓 CVD、等離子、等離子增強(qiáng)增強(qiáng) CVD、汽相外延等）、汽相外延等） 隨著溫度的升高，材料經(jīng)歷從固相、液相到氣相的變化。隨著溫度的升高，材料

2、經(jīng)歷從固相、液相到氣相的變化。在任何溫度下，材料周圍都存在蒸汽，平衡蒸汽壓為在任何溫度下，材料周圍都存在蒸汽，平衡蒸汽壓為 pe 。溫度。溫度越高，平衡蒸汽壓就越高。材料溫度低于熔化溫度時，產(chǎn)生蒸越高，平衡蒸汽壓就越高。材料溫度低于熔化溫度時，產(chǎn)生蒸汽的過程稱為汽的過程稱為 ；材料熔化后，產(chǎn)生蒸汽的過程稱為；材料熔化后，產(chǎn)生蒸汽的過程稱為 。34 被蒸發(fā)材料在真空室內(nèi)加熱，使其原子或分子通過蒸發(fā)大被蒸發(fā)材料在真空室內(nèi)加熱，使其原子或分子通過蒸發(fā)大量離開表面，淀積到硅片上形成薄膜。這種技術(shù)可以淀積熔點量離開表面，淀積到硅片上形成薄膜。這種技術(shù)可以淀積熔點不太高的金屬或熱穩(wěn)定性良好的化合物，成膜純

3、度高。不太高的金屬或熱穩(wěn)定性良好的化合物，成膜純度高。 5 有極少數(shù)材料通過升華的方式淀積薄膜，如有極少數(shù)材料通過升華的方式淀積薄膜，如 SiO 。 為了得到合適的淀積速率，材料的平衡蒸汽壓至少應(yīng)為為了得到合適的淀積速率，材料的平衡蒸汽壓至少應(yīng)為 10 mTorr。一定溫度下，不同材料的平衡蒸汽壓相差很大，難熔。一定溫度下，不同材料的平衡蒸汽壓相差很大，難熔金屬如金屬如 Ta、W、Mo 、Ti 等的平衡蒸汽壓太低，不適合用蒸發(fā)等的平衡蒸汽壓太低，不適合用蒸發(fā)的方式淀積薄膜。例如的方式淀積薄膜。例如 W 要超過要超過 3000oC 才有才有 10 mTorr 的平衡的平衡蒸汽壓，而蒸汽壓，而 A

4、l 在在 1250oC 就有同樣的平衡蒸汽壓。就有同樣的平衡蒸汽壓。6 蒸發(fā)速率：蒸發(fā)速率： “液液 氣氣” 過程中單位時間內(nèi)從單位蒸發(fā)源面過程中單位時間內(nèi)從單位蒸發(fā)源面積上蒸發(fā)出來的粒子數(shù)。蒸發(fā)速率只與溫度積上蒸發(fā)出來的粒子數(shù)。蒸發(fā)速率只與溫度 T 有關(guān)。有關(guān)。 凈蒸發(fā)速率：凈蒸發(fā)速率：扣除扣除 “氣氣 液液” 過程后凈蒸發(fā)出來的粒子數(shù)。過程后凈蒸發(fā)出來的粒子數(shù)。凈蒸發(fā)速率與溫度凈蒸發(fā)速率與溫度 T 和蒸汽壓和蒸汽壓 p 兩個因素有關(guān)。兩個因素有關(guān)。 平衡蒸汽壓：平衡蒸汽壓：若在一個密封的、且內(nèi)表面不吸附蒸發(fā)物質(zhì)若在一個密封的、且內(nèi)表面不吸附蒸發(fā)物質(zhì)的容器中，在某一固定的溫度下進(jìn)行蒸發(fā)，此時

5、蒸發(fā)速率是固的容器中，在某一固定的溫度下進(jìn)行蒸發(fā)，此時蒸發(fā)速率是固定的。但是隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，容器中的壓力增大，定的。但是隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，容器中的壓力增大，“氣氣 液液” 的數(shù)量增大，的數(shù)量增大， 使凈蒸發(fā)速率下降。最后當(dāng)使凈蒸發(fā)速率下降。最后當(dāng) “液液 氣氣” 和和 “氣氣 液液” 的數(shù)量相等時，凈蒸發(fā)速率降為零，壓力則保持一個恒定的數(shù)量相等時，凈蒸發(fā)速率降為零，壓力則保持一個恒定值值 。稱此時的蒸汽壓為平衡蒸汽壓，記為。稱此時的蒸汽壓為平衡蒸汽壓，記為 pe 。pe 是溫度是溫度 T 的函的函數(shù)，隨數(shù)，隨 T 的升高而急劇增大的升高而急劇增大 ( 見圖見圖 12.2 ) 。 蒸發(fā)時同時存在著

6、蒸發(fā)時同時存在著 “液液 氣氣” 和和 “氣氣 液液” 兩個過程。兩個過程。 7 根據(jù)氣體分子運動論，單位時間內(nèi)碰撞到單位蒸發(fā)源面積根據(jù)氣體分子運動論，單位時間內(nèi)碰撞到單位蒸發(fā)源面積上的氣體粒子數(shù)為上的氣體粒子數(shù)為 注意，注意，Jn 與與 T、p 有關(guān)，而有關(guān)，而 Rn 只與只與 T 有關(guān)，因為有關(guān)，因為 pe 是是 T 的的函數(shù)。若容器壁與硅片不淀積蒸發(fā)料，則函數(shù)。若容器壁與硅片不淀積蒸發(fā)料，則 p = pe ，Jn = Rn ，凈，凈蒸發(fā)速率為零；反之，則蒸發(fā)速率為零；反之，則 p pe ，Jn Rn ，凈蒸發(fā)速率為，凈蒸發(fā)速率為 在平衡狀態(tài)時，在平衡狀態(tài)時，p = pe ，故可得蒸發(fā)速率

7、，故可得蒸發(fā)速率 Rn 為為2n2pJkTm2en2pRkTmnne102RJppkTm8 將將 Rn 乘以原子質(zhì)量乘以原子質(zhì)量 m 就得到就得到 ，即，即MEe2mRpkT 對大多數(shù)金屬，當(dāng)對大多數(shù)金屬，當(dāng) pe = 10-2 Torr 時，時，RME 約約 10-4 g/cm2 s 。 一般情況下一般情況下 p pe ，則凈蒸發(fā)速率近似地就是，則凈蒸發(fā)速率近似地就是 Rn 。nne102RJppkTm9式中，式中， 為粘著系數(shù)，為粘著系數(shù)，As 為蒸發(fā)源表面積，為蒸發(fā)源表面積，t 為蒸發(fā)時間。再為蒸發(fā)時間。再 硅片硅片面積面積元元 dArDxr 由蒸發(fā)源蒸發(fā)出來的材料總質(zhì)量為由蒸發(fā)源蒸發(fā)出

8、來的材料總質(zhì)量為 M = RMEAst ，通過立體，通過立體角元角元 淀積到硅片上面積元淀積到硅片上面積元 dAr 上的材料質(zhì)量為上的材料質(zhì)量為 dM，則，則dMLsddd44MMRA t將立體角元將立體角元rr2223 2cosddd()ADArDx 代入上式，得：代入上式，得：10MEsr223 2dd4()RAtDMAxD 設(shè)薄膜密度為設(shè)薄膜密度為 ，硅片架為平板型，硅片架為平板型，則薄膜厚度則薄膜厚度 W 為為rd( )dMW xAME2(0)4sRA tWD顯然，中心處的膜最厚，顯然，中心處的膜最厚， 為改進(jìn)膜厚的均勻性，可將硅片架為改進(jìn)膜厚的均勻性，可將硅片架改為球面型改為球面型

9、，并將蒸發(fā)源置于球心處，并將蒸發(fā)源置于球心處 ，此時，此時，ME24sRA tWDDDx0MEs22 3 24()RAtDxD11 其特點是蒸汽分子在空間的分布與角其特點是蒸汽分子在空間的分布與角度度 有關(guān)，蒸汽分子在與源平面法線方向有關(guān)，蒸汽分子在與源平面法線方向的夾角為的夾角為 的立體角元的立體角元 內(nèi)的幾率為內(nèi)的幾率為 cosdd 故淀積在面積元故淀積在面積元 dAr 上的質(zhì)量為上的質(zhì)量為cosddMM2MEsr222d()DRA tADxMEsr2coscosdRA tAr12 當(dāng)采用球面型硅片架，并將蒸發(fā)源置于球面上時，當(dāng)采用球面型硅片架，并將蒸發(fā)源置于球面上時，MEs24RA tW

10、rr 當(dāng)采用平板型硅片架時，當(dāng)采用平板型硅片架時，2MEs222rMEs2d( )d()(0)RA tMDW xADxRA tWD13 為了進(jìn)一步改進(jìn)膜厚的均勻性，還可將硅片架設(shè)計成按為了進(jìn)一步改進(jìn)膜厚的均勻性，還可將硅片架設(shè)計成按 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。14 蒸發(fā)工藝的主要缺點之一是臺階覆蓋性差，容易導(dǎo)致金屬蒸發(fā)工藝的主要缺點之一是臺階覆蓋性差，容易導(dǎo)致金屬引線在臺階處斷開，嚴(yán)重影響集成電路的可靠性和成品率。由引線在臺階處斷開，嚴(yán)重影響集成電路的可靠性和成品率。由于金屬化是集成電路制造過程的最后幾個步驟，硅片表面的形于金屬化是集成電路制造過程的最后幾個步驟，硅片表面的形貌高差會比較嚴(yán)重，使臺階

11、覆蓋問題變得更加重要。貌高差會比較嚴(yán)重，使臺階覆蓋問題變得更加重要。臺階覆蓋性差臺階覆蓋性差臺階覆蓋性好臺階覆蓋性好15 1、采用旋轉(zhuǎn)硅片架；、采用旋轉(zhuǎn)硅片架； 2、蒸發(fā)時對硅片適當(dāng)加熱；、蒸發(fā)時對硅片適當(dāng)加熱； 3、蒸發(fā)前使硅片平坦化。、蒸發(fā)前使硅片平坦化。 電阻加熱（金屬絲、金屬舟等）電阻加熱（金屬絲、金屬舟等） 蒸發(fā)源加熱方式蒸發(fā)源加熱方式 電子束加熱電子束加熱 高頻感應(yīng)加熱高頻感應(yīng)加熱 設(shè)備組成：蒸發(fā)源、真空室、真空系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)設(shè)備組成：蒸發(fā)源、真空室、真空系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng) 17 對電阻加熱器材料的要求：對電阻加熱器材料的要求：1、熔點遠(yuǎn)高于蒸發(fā)源的熔點，、熔點遠(yuǎn)高于蒸發(fā)源的熔

12、點，且蒸汽壓極低；且蒸汽壓極低；2、蒸發(fā)過程中不軟化，不與蒸發(fā)源生成合金。、蒸發(fā)過程中不軟化，不與蒸發(fā)源生成合金。3、容易加工成所需要的各種形狀。常用的電阻加熱器材料有、容易加工成所需要的各種形狀。常用的電阻加熱器材料有鎢、鉬、鉭等。鎢、鉬、鉭等。 硅片加熱器硅片加熱器硅片架硅片架硅片硅片真空室鐘罩真空室鐘罩蒸發(fā)料蒸發(fā)料蒸發(fā)源加熱電極蒸發(fā)源加熱電極金屬舟金屬舟抽氣抽氣 電阻加熱的優(yōu)點是設(shè)備簡單；缺點是可能受到來自加熱器電阻加熱的優(yōu)點是設(shè)備簡單；缺點是可能受到來自加熱器的的 K+、Na+ 離子的沾污。離子的沾污。 B電子束電子束加速聚加速聚焦系統(tǒng)焦系統(tǒng)電子槍電子槍硅片架硅片架硅片硅片坩鍋坩鍋冷卻

13、水冷卻水蒸發(fā)料蒸發(fā)料 電子束加熱的優(yōu)點電子束加熱的優(yōu)點 ：(1) 沾污少，膜的純度高；沾污少，膜的純度高；(2) 能蒸發(fā)能蒸發(fā)各種高熔點的難熔金屬和非金屬。缺點：各種高熔點的難熔金屬和非金屬。缺點：(1) 設(shè)備復(fù)雜；設(shè)備復(fù)雜；(2) 有有一定的輻射損傷，蒸發(fā)后需進(jìn)行退火處理。一定的輻射損傷，蒸發(fā)后需進(jìn)行退火處理。2122 1、淀積前硅片的清洗、淀積前硅片的清洗 除化學(xué)清洗外，可在蒸發(fā)前對硅片進(jìn)行輕微的濺射處理。除化學(xué)清洗外，可在蒸發(fā)前對硅片進(jìn)行輕微的濺射處理。 2、蒸發(fā)速率、蒸發(fā)速率 蒸發(fā)速率過低，金屬膜不光亮，電阻大，鍵合困難；蒸發(fā)蒸發(fā)速率過低，金屬膜不光亮，電阻大，鍵合困難；蒸發(fā)速率過大會

14、在硅片表面形成金屬原子團(tuán)淀積小丘，影響光刻，速率過大會在硅片表面形成金屬原子團(tuán)淀積小丘，影響光刻，且厚度也不易控制。且厚度也不易控制。 3、襯底溫度、襯底溫度 較高的襯底溫度可使薄膜與襯底粘附得更好，有利于降低較高的襯底溫度可使薄膜與襯底粘附得更好，有利于降低接觸電阻。接觸電阻。 為了減小薄膜的沾污和提高薄膜的附著力，要求蒸發(fā)物粒為了減小薄膜的沾污和提高薄膜的附著力，要求蒸發(fā)物粒子盡量避免與殘余氣體分子的碰撞，也就是要求盡量增大殘余子盡量避免與殘余氣體分子的碰撞，也就是要求盡量增大殘余氣體分子的平均自由程。根據(jù)氣體分子運動論，室溫下，氣體分子的平均自由程。根據(jù)氣體分子運動論，室溫下， 一般蒸發(fā)

15、設(shè)備中，蒸發(fā)源到硅片的間距不超過一般蒸發(fā)設(shè)備中，蒸發(fā)源到硅片的間距不超過 50 cm，由此，由此可算出氣壓應(yīng)小于可算出氣壓應(yīng)小于 10- 4 Torr ，這就是真空蒸發(fā)設(shè)備中真空度的，這就是真空蒸發(fā)設(shè)備中真空度的下限。實際的真空度范圍為下限。實際的真空度范圍為 10-4 10-7 Torr。 325.0 10(cm)2kTpd p24 鋁的電阻率較低鋁的電阻率較低 ，能與硅形成低電阻歐姆接觸，能與硅形成低電阻歐姆接觸 ，與，與 SiO2 的的粘附性強(qiáng)，容易光刻，容易鍵合，價格低廉，因此在集成電路粘附性強(qiáng)，容易光刻，容易鍵合，價格低廉，因此在集成電路制造工藝中廣泛采用鋁膜作為互連材料。制造工藝中

16、廣泛采用鋁膜作為互連材料。 為防止硅向鋁中溶解，為防止硅向鋁中溶解，可以在鋁中加可以在鋁中加 ( 1 2% ) 的的硅；為提高鋁膜的抗電遷移硅；為提高鋁膜的抗電遷移能力，可以在鋁中加能力，可以在鋁中加 4 %的的銅，或再加銅，或再加 ( 1 2% ) 的硅。的硅。 但是單純的鋁互連存在硅向鋁中溶解引起但是單純的鋁互連存在硅向鋁中溶解引起 PN 結(jié)穿通，以結(jié)穿通，以及抗電遷移能力差的問題。及抗電遷移能力差的問題。25 蒸發(fā)工藝的主要缺點之一是在對合金和化合物進(jìn)行蒸發(fā)鍍蒸發(fā)工藝的主要缺點之一是在對合金和化合物進(jìn)行蒸發(fā)鍍膜時其組分會發(fā)生變化。膜時其組分會發(fā)生變化。蒸鍍合金和化合物時，由于蒸鍍合金和化

17、合物時，由于使所淀積出來的薄膜的組分可能與蒸發(fā)源的使所淀積出來的薄膜的組分可能與蒸發(fā)源的組分不相同。組分不相同。aobababboapMrRpM 設(shè)設(shè) pao、pbo 為組分為組分 a、b 在溫度在溫度 T 時的平衡蒸汽壓，時的平衡蒸汽壓，Ma、Mb 為為 a、b 的分子量，的分子量，Rab 為為 a、b 在蒸發(fā)源中的比例，則在蒸發(fā)源中的比例，則 a、b 在在蒸鍍所得薄膜中的比例蒸鍍所得薄膜中的比例 rab 為為26 要使薄膜中的組分與蒸發(fā)源中的組分相同，則應(yīng)該滿足要使薄膜中的組分與蒸發(fā)源中的組分相同，則應(yīng)該滿足aoabobpMpM 但實際上存在如下問題但實際上存在如下問題 1、在同一溫度下，

18、一般難以恰好滿足上式，這就使薄膜中、在同一溫度下，一般難以恰好滿足上式，這就使薄膜中的組分與蒸發(fā)源中的組分不同；的組分與蒸發(fā)源中的組分不同； 2、由于各組分在同一溫度下的蒸汽壓不同，從源中蒸發(fā)、由于各組分在同一溫度下的蒸汽壓不同，從源中蒸發(fā)出來的比例將不同于源的比例，這就使源中的組分、進(jìn)而薄膜出來的比例將不同于源的比例，這就使源中的組分、進(jìn)而薄膜中的組分隨蒸發(fā)過程的進(jìn)行而發(fā)生改變。中的組分隨蒸發(fā)過程的進(jìn)行而發(fā)生改變。27 由于以上問題的存在，必須采用一些特殊方法來蒸鍍合金由于以上問題的存在，必須采用一些特殊方法來蒸鍍合金和化合物。對于合金，可采用閃蒸法和雙蒸發(fā)源法。和化合物。對于合金，可采用閃

19、蒸法和雙蒸發(fā)源法。料斗料斗粉狀料粉狀料偏心輪偏心輪振動器振動器加熱器加熱器硅片架硅片架 28 蒸發(fā)源蒸發(fā)源 A蒸發(fā)源蒸發(fā)源 BaoabobpMpM 把兩種元素分別裝入各自的蒸發(fā)源，獨立控制每一種蒸發(fā)把兩種元素分別裝入各自的蒸發(fā)源，獨立控制每一種蒸發(fā)源的溫度，以控制該元素的蒸汽壓使其達(dá)到所需要的值。源的溫度，以控制該元素的蒸汽壓使其達(dá)到所需要的值。29 對于化合物，可采用對于化合物，可采用 在真空室中充入一定量的活潑氣體，使之與蒸發(fā)材料在硅在真空室中充入一定量的活潑氣體，使之與蒸發(fā)材料在硅片上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化合物薄膜。此法主要用于蒸鍍高熔點片上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化合物薄膜。此法主要用于蒸鍍高熔點

20、的絕緣化合物薄膜，及其它某些氧化物、氮化物等。的絕緣化合物薄膜，及其它某些氧化物、氮化物等。 此法主要用于淀積化合物半導(dǎo)體單晶薄膜，后來發(fā)展成了此法主要用于淀積化合物半導(dǎo)體單晶薄膜，后來發(fā)展成了分子束外延技術(shù)。三溫度是指能獨立控制兩個蒸發(fā)源的溫度和分子束外延技術(shù)。三溫度是指能獨立控制兩個蒸發(fā)源的溫度和襯底的溫度。襯底的溫度。 離子濺射鍍膜過程分為三步：離子濺射鍍膜過程分為三步：(1) 離子的產(chǎn)生；離子的產(chǎn)生；(2) 離子對離子對靶的轟擊引起濺射；靶的轟擊引起濺射；(3) 從靶材料濺射出來的粒子在低壓氣氛中從靶材料濺射出來的粒子在低壓氣氛中向硅片作渡越運動，碰撞到硅片上并被硅片吸附，完成對硅片向

21、硅片作渡越運動，碰撞到硅片上并被硅片吸附，完成對硅片的淀積。其中前兩步與離子濺射刻蝕相同。的淀積。其中前兩步與離子濺射刻蝕相同。 濺射鍍膜是集成電路制造中代替蒸發(fā)而進(jìn)行金屬薄膜淀積濺射鍍膜是集成電路制造中代替蒸發(fā)而進(jìn)行金屬薄膜淀積的主要方法。濺射鍍膜的臺階覆蓋性好，對硅片的附著性好，的主要方法。濺射鍍膜的臺階覆蓋性好，對硅片的附著性好，能淀積合金、化合物與難熔金屬，因而避免了蒸發(fā)鍍膜的主要能淀積合金、化合物與難熔金屬，因而避免了蒸發(fā)鍍膜的主要缺點。濺射鍍膜的主要缺點是缺點。濺射鍍膜的主要缺點是 淀積速率較慢。淀積速率較慢。31 入射離子打到固體表面時因能量的不同而發(fā)生不同情況入射離子打到固體表

22、面時因能量的不同而發(fā)生不同情況 。當(dāng)入射離子的能量很低時，離子從表面反彈回來當(dāng)入射離子的能量很低時，離子從表面反彈回來 ；當(dāng)入射離子；當(dāng)入射離子的能量小于的能量小于 10eV時，離子被吸附于表面；當(dāng)入射離子的能量為時，離子被吸附于表面；當(dāng)入射離子的能量為 10 eV 10 keV 時，離子的部分能量以熱的形式釋放，另外的能時，離子的部分能量以熱的形式釋放，另外的能量則傳遞給襯底原子而使其發(fā)射出來，形成量則傳遞給襯底原子而使其發(fā)射出來，形成 ；當(dāng)入射離子；當(dāng)入射離子的能量大于的能量大于 10 keV 時，離子可深入到襯底內(nèi)部。時，離子可深入到襯底內(nèi)部。 濺射出來的原子能量為濺射出來的原子能量為

23、10 50 eV ，比蒸發(fā)出來的原子能量，比蒸發(fā)出來的原子能量約約 。這使原子到達(dá)硅片表面時有較大的遷移能力，從。這使原子到達(dá)硅片表面時有較大的遷移能力，從而提高了臺階覆蓋性。高能量的原子還提高了膜的附著性。而提高了臺階覆蓋性。高能量的原子還提高了膜的附著性。暗暗區(qū)區(qū)亮區(qū)亮區(qū)（等離子區(qū)）（等離子區(qū)）靶靶（陰極）（陰極）硅片（陽極）硅片（陽極）Z RC = KC I US 電流電流 I 主要與電壓及氣壓有關(guān)，隨電壓升高而增大；隨氣主要與電壓及氣壓有關(guān)，隨電壓升高而增大；隨氣壓降低而先升后降，所以對氣壓應(yīng)作折中考慮。壓降低而先升后降，所以對氣壓應(yīng)作折中考慮。 相對濺射率相對濺射率 US 與電壓、離

24、子種類及入射角的關(guān)系已討論過。與電壓、離子種類及入射角的關(guān)系已討論過。當(dāng)氣壓高于當(dāng)氣壓高于 10 2 Torr 時，時，US 隨氣壓的升高而下降。隨氣壓的升高而下降。 離子濺射鍍膜的淀積速率離子濺射鍍膜的淀積速率 RC 一般在一般在 10 50 nm/min 的范圍的范圍內(nèi)，比真空蒸發(fā)的要慢。內(nèi)，比真空蒸發(fā)的要慢。 式中，式中，KC 為設(shè)備常數(shù)，主要為設(shè)備常數(shù)，主要與從靶到硅片之間的距離有關(guān)。為與從靶到硅片之間的距離有關(guān)。為提高提高 KC ，硅片應(yīng)盡量靠近靶，硅片應(yīng)盡量靠近靶 ，但，但不能進(jìn)入暗區(qū)。通常硅片與靶的間不能進(jìn)入暗區(qū)。通常硅片與靶的間距為暗區(qū)寬度的兩倍左右。距為暗區(qū)寬度的兩倍左右。3

25、3 當(dāng)濺射金屬時，可采用直流濺射。這種技術(shù)的設(shè)備簡單，當(dāng)濺射金屬時，可采用直流濺射。這種技術(shù)的設(shè)備簡單，而且淀積速率較高。而且淀積速率較高。 采用直流高壓輝光放電采用直流高壓輝光放電產(chǎn)生等離子體。產(chǎn)生等離子體。 直流電壓：直流電壓：1 10 kV 電極間距：電極間距：1 2 cm 氣體：氣體：Ar 氣壓：氣壓：10-1 10-2 Torr 直流濺射鍍膜的直流濺射鍍膜的 (1) 所需氣壓較高，薄膜易受沾污，所需氣壓較高，薄膜易受沾污，附著性差；附著性差；(2) 只能淀積金屬。只能淀積金屬。 針對第針對第 1 條缺點，可以增加一個發(fā)射電子的熱條缺點，可以增加一個發(fā)射電子的熱陰極和一個勵磁線圈，以增

26、加電子的碰撞幾率，從而可以降低陰極和一個勵磁線圈，以增加電子的碰撞幾率，從而可以降低氣壓，提高膜的質(zhì)量與附著性；針對第氣壓，提高膜的質(zhì)量與附著性；針對第 2 條缺點，可以采用射條缺點，可以采用射頻濺射。頻濺射。 直流濺射只能淀積金屬直流濺射只能淀積金屬而不能淀積介質(zhì)，這是因為而不能淀積介質(zhì)，這是因為轟擊介質(zhì)靶材的離子的電荷轟擊介質(zhì)靶材的離子的電荷無法泄放。采用射頻濺射可無法泄放。采用射頻濺射可以解決這個問題，從而能夠以解決這個問題，從而能夠淀積包括導(dǎo)體、半導(dǎo)體和介淀積包括導(dǎo)體、半導(dǎo)體和介質(zhì)在內(nèi)的幾乎任何材料。質(zhì)在內(nèi)的幾乎任何材料。 射頻濺射所用的氣壓為射頻濺射所用的氣壓為 210-4 Torr

27、，膜的附著性、純度與，膜的附著性、純度與致密度等都比較好。致密度等都比較好。 1、入射角為、入射角為 60o 左右，能使相對濺射率左右，能使相對濺射率 US 達(dá)到最大。達(dá)到最大。 2、離子源與淀積室是分離的，使淀積室的真空度可高達(dá)、離子源與淀積室是分離的，使淀積室的真空度可高達(dá) 10- 5 10- 6 Torr，膜的質(zhì)量與附著性更好。，膜的質(zhì)量與附著性更好。離子槍離子槍靶材靶材硅片硅片 是高密度等離子濺射的一種是高密度等離子濺射的一種 。具體結(jié)構(gòu)很多。具體結(jié)構(gòu)很多 ，共同的特點，共同的特點是：是：1、采用正交的電場與磁場，使電子作復(fù)雜運動，增加碰撞、采用正交的電場與磁場，使電子作復(fù)雜運動，增加

28、碰撞幾率；幾率；2、陰極靶與硅片架不是平板型而是某種立體結(jié)構(gòu)，增加、陰極靶與硅片架不是平板型而是某種立體結(jié)構(gòu)，增加了產(chǎn)量，并使膜厚均勻；了產(chǎn)量，并使膜厚均勻；3、硅片架和陽極分離，且增加了屏蔽、硅片架和陽極分離，且增加了屏蔽極以吸收二次電子，消除了二次電子對基片的轟擊。極以吸收二次電子，消除了二次電子對基片的轟擊。NSNS硅片架硅片架陽極陽極靶陰極靶陰極接地屏蔽極接地屏蔽極環(huán)形磁鐵環(huán)形磁鐵38 在在 Ar 中混入少量反應(yīng)氣體，使之與從靶中濺射出來的粒子中混入少量反應(yīng)氣體，使之與從靶中濺射出來的粒子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而淀積出化合物薄膜。反應(yīng)濺射時，薄膜的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而淀積出化合物薄膜。反應(yīng)濺射時，薄膜的組分可以在一個很大的范圍內(nèi)平滑地控制，驅(qū)動等離子體內(nèi)化學(xué)反可以在一個很大的范圍內(nèi)平滑地控制，驅(qū)動等離子體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所需要的能量范圍也相當(dāng)寬，所以可能產(chǎn)生多種化合物。這應(yīng)所需要的能量范圍也相當(dāng)寬，所以可能產(chǎn)生多種化合物。這時需要選擇淀積條件和淀積后的退火條件，以優(yōu)先形成所希望時需要選擇淀積條件和淀積后的退火條件，以優(yōu)先形成所希望的化合物