物理气相淀积.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,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,*,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,*,物理气相淀积,本章主要内容,真空蒸发的原理,电阻加热源蒸发,电子束加热蒸发,多组分蒸发,溅射的原理,直流溅射,RF溅射,磁控溅射,第五章 物理气相淀积,定义：利用蒸发或溅射等物理过程实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底(硅)表面上，并淀积成薄膜。,分类：真空蒸发法和溅射法,1）真空蒸发法,优点：较高淀积速率，较高薄膜质量(系统真空度高),缺点：台阶覆盖能力差，淀积多元薄膜时组份难控制,2）溅射法,优点：多元薄膜组份易控制，台阶覆盖能力强，衬底附着性好,溅射法在很大程度上已经取代了真空蒸发法，但真空蒸发法在科研和III-V族化合物半导体工艺中仍被采用。,5.1 真空蒸发的基本原理,材料的三态：solid，liquid，gas；,蒸气：任何温度下，材料表面都存在自身的气体；,蒸气压：平衡时的饱和蒸气压；,升华：低于熔化温度时，产生蒸气的过程；,蒸发：熔化时，产生蒸气的过程；,真空蒸发：利用蒸发材料熔化时产生的蒸气进行薄膜,淀积；,优点：工艺及设备简单，淀积速率快；,缺点：台阶覆盖差。,热蒸发台,1）基板,2）蒸发源,3）真空系统,电子束蒸发台,5.1.1 真空蒸发设备-蒸发台,5.1.2,蒸发淀积过程,加热蒸发：加热蒸发源（固态），产生蒸气；,输运：气化的原子、分子扩散到基片表面；,淀积：气化的原子、分子在表面,凝聚、成核、成长、成膜；,缺点：难以制备高熔点、,化学性能稳定：不发生化学反应，,对加热体材料的要求：不产生污染,加热体-W、Mo、石墨。,被蒸发材料局部受热而汽化，高纯度薄膜，（光斑很小，防止了坩锅材料受热的污染）；,，常用Ar气作为工作气体。,，常用Ar气作为工作气体。,定义：利用蒸发或溅射等物理过程实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底(硅)表面上，并淀积成薄膜。,第五章 物理气相淀积,高纯度淀积：水冷坩埚可避免容器材料的蒸发；,化学性能稳定：不发生化学反应，,淀积：气化的原子、分子在表面,5.1.3 多组分蒸发,如，合金蒸发,方法：（按蒸发源分类）,单源蒸发：具有薄膜组分比例的单一合金靶；,靶源的要求：各组分蒸汽压接近；,多源同时蒸发：多种靶源，不同温度，同时蒸发；,多源顺序蒸发：多种靶源，不同温度，顺序蒸发，,最后高温退火；,工艺关键：根据薄膜组分控制各层厚度；,真空室内装置简单，容易获得高真空度,最后高温退火；,淀积含有不同熔点材料的化合物薄膜可保证成分比例（功率密度高）,凝聚、成核、成长、成膜；,不形成合金。,特点：适于各种金属与非金属靶材；,1 真空蒸发设备-蒸发台,升华：低于熔化温度时，产生蒸气的过程；,优点：较高淀积速率，较高薄膜质量(系统真空度高),缺点：难以制备高熔点、,化学性能稳定：不发生化学反应，,原理：电子轰击蒸发材料，使其熔化蒸发。,电子束蒸发台,定义：利用蒸发或溅射等物理过程实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底(硅)表面上，并淀积成薄膜。,优点：工艺简单，蒸发速率快；,能力强）。,1 真空蒸发设备-蒸发台,5.1.3 多组分蒸发,5.2 蒸发源,（按加热方式分类）,电阻加热源,电子束加热源,高频感应加热源,激光加热源,5.2.1 电阻加热,直接加热源：加热体与蒸发源的载体是同一物体；加热体-W、Mo、石墨。,间接加热源：坩埚盛放蒸发源；（坩埚：高温陶瓷、石墨）,对加热体材料的要求：不产生污染,熔点高：高于蒸发源的蒸发温度；,饱和蒸汽压低：低于蒸发源；,化学性能稳定：不发生化学反应，,不形成合金。,优点：工艺简单，蒸发速率快；,缺点：难以制备高熔点、,高纯度薄膜。,5.2.2 电子束蒸发,原理：电子轰击蒸发材料，使其熔化蒸发。,特点：淀积高熔点、高纯薄膜；,优点：,蒸发温度高：,能量密度高于电阻源，,可蒸发3000度以上的材料:W，Mo，Ge，SiO2，Al2O3；,高纯度淀积：,水冷坩埚可避免容器材料的蒸发；热效率高：热传导和热辐射损失少。,缺点：一次电子和二次电子使蒸发原子电离，影响薄膜质量；设备及工艺复杂。,5.2.3 激光加热,可蒸发任何高熔点的材料（聚焦激光束功率密度高达10,6,W/cm,2,）；,被蒸发材料局部受热而汽化，高纯度薄膜，（光斑很小，防止了坩锅材料受热的污染）；,淀积含有不同熔点材料的化合物薄膜可保证成分比例（功率密度高）,真空室内装置简单，容易获得高真空度,5.2.4 高频感应加热,优点：,蒸发速率快：,蒸发面积大；,温度控制,精确、均匀,；,工艺简便；,缺点：,成本高；,电磁干扰。,5.3 溅射,原理：气体辉光放电产生等离子体具有能量的离子轰击靶材 靶材原子获得能量从靶表面逸出-被溅射出溅射原子淀积在表面。,特点：被溅射出的原子动能很大，10-50eV（蒸发：0.1-0.2eV）；还可实现离子注入。,优点：台阶覆盖好（迁移,能力强）。,Ar,+,离子能量和动量转移将使表面原子脱离化学键束缚,5.3.1,溅射的物理过程,5.3.2 溅射方法,直流、射频、磁控、反应、,离子束、偏压等溅射；,（又称阴极溅射或直流二级溅射,，常用Ar气作为工作气体。）,溅射靶：阴极,衬底：阳极（接地）,工作气体：Ar气,要求：靶材导电性好,特点：只适于金属靶材,2.RF溅射,原理：高频电场经其他阻抗形式耦合进入淀积室；,特点：适于各种金属与非金属靶材；,5.3.2 溅射方法,原理：磁场在靶材表面与电场垂直，电子沿电场方向加速、绕磁场方向螺旋前进，提高了电子碰撞电离效率。,特点：淀积速率最高；,5.3.2 溅射方法,磁控溅射系统,谢谢观看,谢谢观看,