半导体镀膜工艺

镀膜工艺北京亚科晨旭科技有限公司2015年12月基本概念真空等离子体真空1.真空的定义真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态，是一种物理现象。2.真空的计量单位真空度的高低可以用多个参量来度量，最常用的有“真空度”和“压强”单位Pa

1Pa=1N/㎡=7.5*10-3Torr1mmHg=1Torr=133Pa1Bar=1Kg

/c㎡=1000mBar1Bar=1大气压=0.1MPa1mBar=100Pa3.真空区域的划分

标准大气压为：1.013×10^5Pa（帕斯卡），等于760mmhg（毫米汞（水银）柱低真空105Pa

~102Pa中真空102Pa

~10-1Pa高真空10-1Pa

~10-5Pa超高真空<10-5Pa4.如何产生真空“抽”各种泵的理论能力极限真空度油封机械泵10-1Pa扩散泵10-2Pa吸附泵10-1Pa溅射离子泵10-3Pa低温冷凝泵10-9Pa涡轮分子泵10-8Pa复合涡轮泵10-8Pa干式机械泵10-1Pa5.使用真空的目的物理性：分子数目少，压力低与大气压造成的压力差分子密度小气体稀薄气体分子平均自由径长，相互碰撞频率少，减少表面污染化学性：造就一个非活跃性空间，避免不必要的污染电子与离子伴随的化学反应，在大气压下无法发生，在真空状态下成为可能等离子体1.什么是等离子体在一定条件下气体电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等．这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体。电离产生的等离子体往往包含离子、电子、激发状态的原子、分子、分子分解而成的活性基、各种分子簇……这些粒子在等离子体中相互碰撞。等离子为物质的第四种形态（气体，液体，固体）2.常见的的等离离子体体日常生生活中中遇到到的闪闪电和和极光光，太太阳，，日光光灯等等都是是等离离子体体3.等离子子体的的产生生4.气体分分子数数与离离化几几率的的关系系5.等离子子体的的特点点6.等离子子体在在半导导体中中的应应用物理成成膜物理成成膜热蒸发发溅射电阻丝丝加热热石英坩坩埚加加热电子束束加热热直流二二极溅溅射射频溅溅射磁控溅溅射离子镀镀高频感感应蒸蒸发三极和和四极极溅射射零气压压溅射射自溅射射直流二二极型型射频放放电离离子镀镀电弧弧放放电电型型高高真真空空离子子束束溅溅射射分子子束束外外延延MBE脉冲冲激激光光沉沉积积PLD1.蒸镀镀沉沉积积过过程程蒸发发或或升升华华。。通过过一一定定加加热热方方式式使使被被蒸蒸发发材材料料受受热热蒸蒸发发或或升升华华，，由由固固态态或或液液态态变变成成气气态态。。输运运到到衬衬底底。。气态态原原子子或或分分子子在在真真空空状状态态及及一一定定蒸蒸气气压压条条件件下下由由蒸蒸发发源源输输运运到到衬衬底底。。吸附附、、成成核核与与生生长长。。通过过粒粒子子对对衬衬底底表表面面的的碰撞撞，衬衬底底表表面面对粒粒子子的的吸吸附附以及及在在表面面的的迁迁移移完成成成核核与与生生长长过程程。。是是一一个个以以能能量量转转换换为为主主的的过过程程。。第一一章章蒸镀镀2.蒸镀镀热蒸蒸镀镀主主要要应应用用在在对对附附着着力力要要求求不不高高，，可可快快速速大大量量生生产产。。其中中的的电电子子束束蒸蒸镀镀是是阻阻热热蒸蒸镀镀的的升升级级版版，，由由于于是是直直接接电电子子束束加加热热靶靶材材表表面面，，因此此可可以以避避免免坩坩锅锅本本身身对对薄薄膜膜成成分分的的影影响响，，但但是是设设备备比比较较复复杂杂真空空蒸蒸发发镀镀膜膜原原理理电子子束束蒸蒸发发镀镀膜膜原原理理1.溅射射镀镀膜膜在某某一一温温度度下下,如果果固固体体或或液液体体受受到到适适当当的的高高能能离离子子的的轰轰击击,那么么固固体体或或液液体体中中的的原原子子通通过过碰碰撞撞有有可可能能获获得得足足够够的的能能量量从从表表面面逃逃逸逸,这一一将将原原子子从从表表面面发发射射的的方方式式叫叫溅溅射射.溅射射是是指指具具有有足足够够高高能能量量的的粒粒子子轰轰击击固固体体表表面面使使其其中中的的原原子子发发射射出出来来。。第二二章章溅溅射射镀镀膜膜磁控控溅溅射射是是在在溅溅射射镀镀膜膜的的基基础础上上增增加加磁磁性性偏偏转转，，增增加加束束缚缚电电子子运运动动路路径径，，提高高气气体体的的离离化化率率，，实实现现溅溅射射镀镀膜膜效效率率的的提提高高主要要应应用用在在制制备备高高附附着着力力、、同同时时对对轻轻微微原原子子损损伤伤无无要要求求的的膜膜2.普通通溅溅射射和和磁磁控控溅溅射射原原理理溅射射镀镀膜膜原原理理磁控控溅溅射射原原理理溅射射途途径径由由主主要要靠靠等等离离子子体体溅溅射射转转为为主主要要靠靠外外加加离离子子束束来来溅溅射射，，因因此此可可以以避免免由由于于电电子子附附着着基基材材，，造造成成基基材材的的高高温温由由于于需需要要高高真真空空，，所所以以沉沉积积的的膜膜较等等离离子子溅溅射射镀镀膜膜更更纯纯。。可以以应应用用在在制制备备膜膜成成分分控控制制力力强强（（高高纯纯度度、、多多元元化化）），，多多层层次次，，重重复复性性好好适用用与与各各种种薄薄膜膜的的沉沉积积。。3.离子子束束溅溅射射离子束溅射原理脉冲冲激激光光光光束束聚聚焦焦在在固固体体靶靶面面上上，，激激光光超超强强的的功功率率使使得得靶靶物物质质快快速速等等离离子子化化，，然然后后溅溅镀镀到到目目标标物物上上。4.脉冲冲激激光光沉沉积积PLD特点点：：真真空空室室简简化化，，脉脉冲冲激激光光器器在在真空空室室外外应用用：：制制备备高高熔熔点点、、高高纯纯度度、、沉积积速速率率快快简介介离离子子镀镀真空空蒸蒸发发与与溅溅射射结结合合的的镀镀膜膜技技术术，，在在镀镀膜膜的的同同时时，，采采用用带带能能离离子子轰轰击击基基片片表表面面和和膜膜层层，，使使镀镀膜膜与与离离子子轰轰击击改改性性同同时时进进行行的的镀镀膜膜技技术术。。即即利利用用气气体体放放电电产产生生等等离离子子体体，，同同时时，，将将膜膜层层材材料料蒸蒸发发，，一一部部分分物物质质被被离离化化，，在在电电场场作作用用下下轰轰击击衬衬底底表表面面（（清清洗洗衬衬底底）），，一一部部分分变变为为激激发发态态的的中中性性粒粒子子，，沉沉积积于于衬衬底底表表面面成成膜膜（剥离效效果需小小于沉积积效果））应用：制制备高附附着力、、高纯度度、绕射射性好的的膜，制制备速度度快可以以镀较厚厚的薄膜膜第三章离离子子镀简介分子子束外延延MBE在超高真空空环境下，，使具有有一定热能能的一种或或多种分分子（原原子）束束流喷射射到晶体衬底底，在衬底底表面发发生反应应的过程程，由于于分子在在“飞行行”过程程中几乎乎与环境境气体无无碰撞，，以分子子束的形形式射向向衬底，，进行外外延生长长，故此此得名应用：外外延生长长原子级级精确控控制的超超薄多层层二维结结构材料料和器件件（超晶晶格、量量子阱、、调制掺掺杂异质质结、量量子阱激激光器、、高电子子迁移率率晶体管管等）；；结合其其他工艺艺，还可可制备一一维和零零维的纳纳米材料料（量子子线、量量子点等等）第四章分分子子束外延延MBE特点：速速度最慢慢，但是是有着精精确膜控能力镀膜方式式的对比比热蒸镀电子束蒸镀离子溅射磁控溅射离子镀激光脉冲沉积分子束外延MBE优点设备简单，沉膜速度快直接加热，效率高，能量密度大，蒸发高熔点材料，避免坩埚本身对薄膜的污染附着力强，任何材料都可以，任何物质均可以溅射，附着性强，重复性好镀膜范围广，附着性好，纯度高，能在复杂图形上镀，成膜速度高可蒸镀高熔点材料，加热源在真空室外，简化真空室，非接触式加热，无污染可严格控制生长速率以及膜成分，极好的膜厚控制性，缺点不容易形成结晶膜，附着力差，重复性差装置复杂，残余气体和部分蒸汽电离对薄膜性能有影响附着力较差不能沉积大面积均匀的膜，设备复杂，运行成本高设备需要高压，设备复杂沉膜速度较蒸镀慢，受到离子攻击膜会有缺陷，受到离子攻击膜会有缺陷，受离子和电子攻击基材需加冷却装置，离子污染费用高不适合厚膜生长，以及大量生产第五章小小结结化学沉积积化学合成成方法化学气相相沉积CVD热氧化电镀其他等离子体体PECVD低压化学学气相沉沉积LPCVD有机金属属MOCVD金属CVD低介电常常数CVD常压化学学气相沉沉积APCVD溶胶&凝胶涂敷阳极氧化化原子层沉沉积ALD履带式APCVD装置1.常压化学学气相沉沉积APCVDAPCVD就是在压压力接近近常压下下进行CVD反应的一一种沉积积方式。。特点：不不需要昂昂贵复杂杂的设备备，即可可高温快快速镀膜膜应用：对对于膜成成分要求求不高可大量生生产例如：钝钝化保护护膜化学气相相沉积LPCVD装置示意意图2.低压化学学沉积LPCVD低压CVD的设计就就是将反反应气体体在反应应器内进进行沉积积反应时时的操作作能力，，降低到到大约100Torr(1Torr=133.332Pa)一下的一一种CVD反应特点：低低压下分分子平均均自由程程增加，，气体传传输速度度加快，，沉膜速速度速度度加快，，同时气气体分布布的不均均匀性在在很短时时间内可可以消除除，所以以能生长长出厚度度均匀的的薄膜。。应用：简简单的操操作即可可在工业业上快速速生产均均匀性较较好膜，，例如多多晶硅、、氮化硅硅、二氧氧化硅等等3.等离子化化学沉积积PECVD在低真空空的条件件下，利利用等离离子体，，以增强强化学反反应，从从而降低低沉积温温度，可可以在常常温至350℃℃条件下，，沉积氮氮化硅膜膜、氧化化硅膜、、氮氧化化硅及非非晶硅膜膜等（通通常1000℃左右））。低温淀积积是PECVD的一个突突出优点点，淀积积的薄膜膜具有良良好的附附着性、、低针孔孔密度、、良好的的阶梯覆覆盖及电电学特性性应用：可可以镀纯纯度高性性能好的的优质薄薄膜例如：在在铝上淀淀积二氧氧化硅或或者氮化化硅。（低熔点点基材，，高熔点点薄膜））PECVD装置示意意图4.有机金属属化学沉沉积MOCVDMOCVD是常规CVD技术的发发展。它它与常规规CVD的区别仅仅在于使使用有机机金属化化合物和和氢化物物作为原原料气体体。应用：制制备各种种各样的的材料（（单晶外外延膜、、多晶膜膜和非晶晶态膜。。但最重重要的应应用是Ⅲ～Ⅴ族及Ⅱ～Ⅵ族半导体体化合物物材料））特点：MOCVD的主要特特点是沉沉积温度度低，所所以也称称中温CVD，其缺点点是沉积积速率低低、膜中中杂质多多MOCVD装置5.原子层沉沉积ALD通过工艺艺循环，，分步向向真空腔腔体添加加反应气气体，逐逐步反应应实现对对膜厚度度及纯度度的精确确控制。。应用：TSV种子层的的制作、、MEMS、器件钝钝化……特点：纯纯度极高高、接近近100%阶梯覆盖盖率、均均匀性强强三甲基铝铝化学吸吸附吹扫循环环水化学吸吸附吹扫循环环ALD沉积氧化化铝热氧化在腔体中中通入氧氧气或者者水蒸汽汽，高温温使被氧氧化化材材料镀一一层氧化化物薄膜膜。常用在晶晶元沉积积氧化硅硅膜热氧化装装置电镀电镀是将将镀件（（制品）），浸于于含有欲欲镀上金金属离子子的药水水中并接接通阴极极，药水水的另一一端放置置适当阳阳极（可可溶性或或不可溶溶性），，通以直直流电后后，镀件件的表面面即析出出一层金金属薄膜膜的方法法。例如：TSV通孔种子子层上镀镀铜简示电镀镀END9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。04:39:5804:39:5804:3912/29/20224:39:58AM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2204:39:5804:39Dec-2229-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。04:39:5804:39:5804:39Thursday,December29,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2204:39:5804:39:58December29,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。29十十二月20224:39:58上午午04:39:5812月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月224:39上上午12月-2204:39December29,202216、行动出成成果，工作作出财富。。。2022/12/294:39:5804:39:5829December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。4:39:58上上午4:39上上午04:39:5812月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。04:39:5804:39:5804:3912/29/20224:39:58AM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2204:39:5804:39Dec-2229-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。04:39:5804:39:5804:39Thursday,December29,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2204:39:5804:39:58December29,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。29十十二月20224:39:58上午午04:39:5812月-2215、楚塞三三湘接，，荆门九九派通。。。。十二月224:39上午午12月-2204:39December29,202216、少少年年十十五五二二十十时时，，步步行行夺夺得得胡胡马马骑骑。。。。2022/12/294:39:5804:39:5829December202217、空空山山新新雨雨后后，，天天气气晚晚来来秋秋。。。。4:39:58上上午午4:39上上午午04:39:5812月月-229、杨柳散和和风，青山山澹吾虑。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、阅读一切切好书如同同和过