實(shí)驗(yàn)三十五-等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)制備薄膜材料2

實(shí)驗(yàn)三十五等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備介質(zhì)薄膜材料實(shí)驗(yàn)名稱：等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積〔PECVD〕制備介質(zhì)薄膜材料實(shí)驗(yàn)工程性質(zhì)：綜合訓(xùn)練所涉及課程：集成電路工藝原理方案學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庹婵盏墨@得方法和測(cè)量技術(shù)；了解機(jī)械泵、工作原理和操作方法；掌握化學(xué)汽相沉積法制備薄膜材料的原理和方法。實(shí)驗(yàn)原理真空的獲得和測(cè)量真空存在于一個(gè)封閉的且壓力比周圍大氣壓小很多的環(huán)境中。壓強(qiáng)大于102Pa的低真空系統(tǒng)只需初級(jí)泵〔如機(jī)械泵〕就可獲得。中級(jí)真空和高級(jí)真空的獲得需要初級(jí)泵(前級(jí)泵〕和高級(jí)泵〔次級(jí)泵〕共同作用，如圖1所示。預(yù)真空閥初級(jí)泵預(yù)真空閥初級(jí)泵高真空閥高真空泵反響室低真空閥圖1高真空系統(tǒng)與真空環(huán)境獲得方法密切相關(guān)的是真空的測(cè)量技術(shù)，根據(jù)真空度〔氣體壓力〕的范圍的不同，其測(cè)量方法和原理也各不同。真空測(cè)量元件常被稱為真空規(guī)，真空測(cè)量技術(shù)分為低真空和高真空測(cè)量，常用的有三種方法：熱偶真空規(guī)：氣體的熱導(dǎo)率隨氣體壓力變化，通過熱電偶測(cè)出熱絲的溫度，也就相應(yīng)的測(cè)出了環(huán)境的氣體壓強(qiáng)。測(cè)量范圍0.1-100Pa.薄膜真空規(guī):通過薄膜在氣體壓力差下產(chǎn)生機(jī)械位移，測(cè)量電極間電容，對(duì)氣壓進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果與氣體種類無關(guān)。測(cè)量范圍：10-3-100Pa電離真空規(guī):由陰極，陽極和離子收集極組成，熱陰極發(fā)射電子飛向陽極的過程中，使氣體分子電離，并被離子收集極收集形成電流，根據(jù)離子電流測(cè)出氣體壓強(qiáng)。測(cè)量范圍：10-9-1Pa2．等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備薄膜的根本原理化學(xué)氣相沉積〔CVD〕是制備各種各樣薄膜材料的一種重要和普遍使用的技術(shù)，利用這一技術(shù)可以在各種基片上制備元素及化合物薄膜。在化學(xué)氣相沉積過程中，氣體與氣體在包含基片的真空室中相混合。在適當(dāng)?shù)臏囟认拢瑲怏w發(fā)生化學(xué)反響將反響物沉積在基片外表最終形成固態(tài)薄膜。在所有化學(xué)氣相沉積過程中所發(fā)生的化學(xué)反響是非常重要的。等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積〔PECVD〕是使用等離子體能量來產(chǎn)生并維持CVD反響。等離子體的根本作用是促進(jìn)化學(xué)反響，在等離子體中電子的平均能量〔1-20eV〕足以使大多數(shù)氣體電離或分解，從而使PECVD的反響溫度遠(yuǎn)低于LPCVD的反響溫度，各種薄膜材料都可以在溫度敏感的基片上形成。在真空室中施加射頻〔13.56MHz〕功率使氣體分子分解，被激發(fā)的分子具有化學(xué)活性很容易與其它原子鍵合形成粘附在襯底外表的薄膜，如圖2所示。氣態(tài)的副產(chǎn)物通過真空泵系統(tǒng)排出。在襯底外表發(fā)生的等離子增強(qiáng)CVD很復(fù)雜。沉積形成的薄膜的結(jié)構(gòu)合性質(zhì)依賴于諸多因素：如電極的構(gòu)造〔電容式或電感式〕、電極之間的距離、射頻電源的功率、氣體的組分、氣體的壓強(qiáng)、氣體的流速以及襯底的溫度等等。射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積系統(tǒng)主要由以下幾局部組成：〔1〕真空反響室；〔2〕射頻耦合電極；〔3〕加熱樣品盤；〔4〕氣路系統(tǒng)；〔5〕真空抽氣系統(tǒng)；〔6〕升降系統(tǒng)；〔7〕真空測(cè)量系統(tǒng)；〔8〕電器控制系統(tǒng)。圖2等離子體增強(qiáng)CVD中薄膜的形成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容反響室進(jìn)行抽真空，學(xué)會(huì)真空系統(tǒng)的操作規(guī)程在玻璃和單晶硅襯底上制備出類金剛石薄膜實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和材料清單等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，乙炔，載玻片，硅片，酒精，丙酮實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作1．清洗好用于沉積薄膜的襯底2．根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，調(diào)好樣品盤與射頻電極的距離3．關(guān)閉真空系統(tǒng)的所有閥門4．翻開冷卻水進(jìn)水閥，保證冷卻水暢通。5．實(shí)驗(yàn)前，請(qǐng)認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書〔二〕實(shí)驗(yàn)程序1．抽真空按總電源按紐開關(guān)“開〞，此時(shí)，總供電源的電已經(jīng)加上，各電源都處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)按機(jī)械泵按紐開關(guān)“啟動(dòng)〞，機(jī)械泵開始工作，翻開“手動(dòng)碟閥〞。此時(shí)機(jī)械泵對(duì)反響室進(jìn)行抽氣。開啟復(fù)合真空計(jì)即可測(cè)系統(tǒng)的真空度。背底真空度到達(dá)幾3Pa-5Pa2．制備薄膜〔4〕待真空度到達(dá)實(shí)驗(yàn)要求，反響室充氣：翻開氣瓶閥門，翻開流量計(jì)開關(guān)，調(diào)節(jié)流量計(jì)旋紐，翻開V1閥，反響室的總氣壓為維持在10-15Pa左右.〔7〕開啟射頻電源，使輸出功率為80W左右。[需要的話可對(duì)襯底加熱]。薄膜開始生長(zhǎng)?！踩惩C(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先關(guān)閉射頻電源，{負(fù)偏壓電源，襯底加熱電源}，氣源，5-10分鐘后，關(guān)閉手動(dòng)碟閥，關(guān)閉機(jī)械泵。〔四〕取樣系統(tǒng)停機(jī)后，可由充氣閥向系統(tǒng)充入大氣，待系統(tǒng)充好氣后，翻開真空室蓋子，取出樣品。切忌沒有充氣，就打蓋子，防止出現(xiàn)意外事故?？记绊氈僮髑?，請(qǐng)仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和各種相關(guān)部件的說明書。由于射頻電源兩極懸空，故電源面板有剩余電量，做實(shí)驗(yàn)時(shí)小心面板漏電，造成傷害。做射頻實(shí)驗(yàn)時(shí)，為平安起見，請(qǐng)關(guān)閉復(fù)合真空計(jì)，由上海振太薄膜真空計(jì)監(jiān)測(cè)真空度。射頻電源工作前需預(yù)熱5分鐘，關(guān)閉后應(yīng)冷卻5分鐘。熱絲加熱電源當(dāng)調(diào)節(jié)電壓時(shí)電流增大的過程中，電源內(nèi)部回有些咝咝的響聲，此屬正?，F(xiàn)象。設(shè)備要注意良好接地。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康模粚?shí)驗(yàn)內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)設(shè)備〔儀器〕，材料；實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理；實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析；總結(jié)。七、考核型式書面實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)際操作相結(jié)合