半导体器件-半导体工艺介绍-薄膜淀积.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,半导体工艺简介,物理与光电工程学院,张贺秋,参考书：,芯片制造半导体工艺制程实用教程,，电子工业出版社，赵树武等译，,2004-10,薄膜淀积（沉积）,为满足微纳加工工艺和器件要求，通常情况下关注薄膜的如下几个特性：,1,、,台阶覆盖能力,2,、,低的膜应力,3,、,高的深宽比间隙填充能力,4,、大面积薄膜厚度均匀性,5,、大面积薄膜介电,电学,折射率特性,6,、高纯度和高密度,7,、与衬底或下层膜有好的粘附能力,二种薄膜沉积工艺,化学气相沉积（,Chemical Vapor Deposition,）,利用化学反应生成所需的薄膜材料，常用于各种介质材料和半导体材料的沉积，如,SiO,2,poly-Si,Si,3,N,4,物理气相沉积（,Physical Vapor Deposition,）,利用物理机制制备所需的薄膜材料，常用于金属薄膜的制备，如,Al,Cu,W,Ti,化学气相沉积装置,一高温和低温,CVD,装置,二,.,低压,CVD,装置,三,.,激光辅助,CVD,装置,四,.,金属有机化合物,CVD,装置,五,.,等离子辅助,CVD,装置,金属有机化学气相沉积（,Metal organic chemical vapor deposition,）,它是利用有机金属如,三甲基镓,、,三甲基铝,等与特殊气体如,砷化氢,、,磷化氢,等，在反应器内进行化学反应，并使反应物沉积在衬底上，而得到薄膜材料的生产技术。,特点：,使用有机金属化合物作为反应物。,作为有机化合物原料必须满足的条件：,a,）,在常温左右较稳定，且容易处理。,b,）,反应生成的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层。,c,）,为了适应气相生长，在室温左右应有适当的蒸气压（,1Torr,）。,原料的优点：,这类化合物在较低的温度即呈气态存在，避免了液态金属蒸发的复杂过程。,MOCVD,综合评价：,MOCVD,设备相对其他设备价格要贵，不光是设备本身贵而且维护费用也贵。,MOCVD,设备还是有很多优势的，一是,控制极为精密，能生产出高质量的材料；,二是,便于规模化生产，只要材料研发成功极易转产业化。,所以使用,MOCVD,设备是很多高校和科研单位的首选。,存在问题,设备复杂、投资大、外延生长速度慢、经济效益差。,对晶体平滑度、稳定性和纯度等参数要过严格，缺陷和杂质会导致外延膜表面缺陷密度大。,尽管已广泛用于多种新型半导体器件制备，但其原子级生长机制仍很不清楚。,MOCVD,设备,物理沉积,PVD,（,Physical Vapor Deposition,）,采用蒸发或溅射等手段使固体材料变成蒸汽，并在基底表面凝聚并沉积下来。,没有化学反应出现，纯粹是物理过程,物理沉积方法,Thermal Evaporation(,热蒸发,),E-beam Evaporation(,电子束蒸发,),Sputtering(,溅射,),Filter Vacuum Arc(,真空弧等离子体,),Thermal Oxidation(,热氧化,),Screen Printing(,丝网印刷,),Spin Coating(,旋涂法,),Electroplate(,电镀,),Molecular Beam,Epitaxy,(,分子束外延,),高真空,环境,10,-3,Pa,热蒸发技术,(Thermal Evaporation Technique),蒸发工艺是最早出现的金属沉积工艺,钨,W(Tm,=3380),钽,Ta(Tm,=2980),钼,Mo(Tm,=2630),热蒸发,-,几种典型结构,挡板,蒸发源,晶振,电子束蒸发,(E-beam Evaporation Technique),when V=10 kV,Electron Velocity=6,10,4,km/s,Temperature 5000-6000,E-beam Evaporation Machine,溅射技术,(,Sputtering,),溅射技术基本原理：,在真空腔中两个平板电极中充有稀薄惰性气体，在施加电压后会使气体电离，离子在电场的加速下轰击靶材,(,阴极,),，在使靶材上撞击,(,溅射,),出原子，被撞击出的原子迁移到衬底表面形成薄膜。,驱动方式：直流型,DC Diode,射频型,RF Diode,磁场控制型,Magnetron,离子溅射技术物理过程,1,2,3,4,分子束外延,是一种可在原子尺度上精确控制外延厚度、掺杂和界面平整度的薄膜制备技术。物理沉积单晶薄膜方法；在超高真空腔内，源材料通过高温蒸发、辉光放电离子化、气体裂解，电子束加热蒸发等方法，产生分子束流。入射分子束与衬底交换能量后，经表面吸附、迁移、成核、生长成膜。,主要用于半导体薄膜制备（超薄膜、多层量子结、超晶格）；,新一代微波器件和光电子器件的主要技术方法,经典范例,GaAs,薄膜的生长,优点,源和衬底分别进行加热和控制，生长温度低，可形成超精细结构。,生长速度低，容易在过程中控制，有利于生长多层异质结构,是一个动力学过程，可以生长一般热平衡生长难以得到的晶体。,生长过程中，表面处于真空中，利于实时监控检测。,