实验三十五-等离子增强化学汽相沉积(PECVD)制备薄膜材料2

实验三十五等离子增强化学气相沉积制备介质薄膜材料实验名称：等离子增强化学气相沉积〔PECVD〕制备介质薄膜材料实验工程性质：综合训练所涉及课程：集成电路工艺原理方案学时：2学时实验目的了解真空的获得方法和测量技术；了解机械泵、工作原理和操作方法；掌握化学汽相沉积法制备薄膜材料的原理和方法。实验原理真空的获得和测量真空存在于一个封闭的且压力比周围大气压小很多的环境中。压强大于102Pa的低真空系统只需初级泵〔如机械泵〕就可获得。中级真空和高级真空的获得需要初级泵(前级泵〕和高级泵〔次级泵〕共同作用，如图1所示。预真空阀初级泵预真空阀初级泵高真空阀高真空泵反响室低真空阀图1高真空系统与真空环境获得方法密切相关的是真空的测量技术，根据真空度〔气体压力〕的范围的不同，其测量方法和原理也各不同。真空测量元件常被称为真空规，真空测量技术分为低真空和高真空测量，常用的有三种方法：热偶真空规：气体的热导率随气体压力变化，通过热电偶测出热丝的温度，也就相应的测出了环境的气体压强。测量范围0.1-100Pa.薄膜真空规:通过薄膜在气体压力差下产生机械位移，测量电极间电容，对气压进行绝对测量，测量结果与气体种类无关。测量范围：10-3-100Pa电离真空规:由阴极，阳极和离子收集极组成，热阴极发射电子飞向阳极的过程中，使气体分子电离，并被离子收集极收集形成电流，根据离子电流测出气体压强。测量范围：10-9-1Pa2．等离子体增强化学气相沉积制备薄膜的根本原理化学气相沉积〔CVD〕是制备各种各样薄膜材料的一种重要和普遍使用的技术，利用这一技术可以在各种基片上制备元素及化合物薄膜。在化学气相沉积过程中，气体与气体在包含基片的真空室中相混合。在适当的温度下，气体发生化学反响将反响物沉积在基片外表最终形成固态薄膜。在所有化学气相沉积过程中所发生的化学反响是非常重要的。等离子增强化学气相沉积〔PECVD〕是使用等离子体能量来产生并维持CVD反响。等离子体的根本作用是促进化学反响，在等离子体中电子的平均能量〔1-20eV〕足以使大多数气体电离或分解，从而使PECVD的反响温度远低于LPCVD的反响温度，各种薄膜材料都可以在温度敏感的基片上形成。在真空室中施加射频〔13.56MHz〕功率使气体分子分解，被激发的分子具有化学活性很容易与其它原子键合形成粘附在衬底外表的薄膜，如图2所示。气态的副产物通过真空泵系统排出。在衬底外表发生的等离子增强CVD很复杂。沉积形成的薄膜的结构合性质依赖于诸多因素：如电极的构造〔电容式或电感式〕、电极之间的距离、射频电源的功率、气体的组分、气体的压强、气体的流速以及衬底的温度等等。射频等离子体增强化学汽相沉积系统主要由以下几局部组成：〔1〕真空反响室；〔2〕射频耦合电极；〔3〕加热样品盘；〔4〕气路系统；〔5〕真空抽气系统；〔6〕升降系统；〔7〕真空测量系统；〔8〕电器控制系统。图2等离子体增强CVD中薄膜的形成实验内容反响室进行抽真空，学会真空系统的操作规程在玻璃和单晶硅衬底上制备出类金刚石薄膜实验仪器设备和材料清单等离子增强化学气相沉积设备，乙炔，载玻片，硅片，酒精，丙酮实验步骤实验前的准备工作1．清洗好用于沉积薄膜的衬底2．根据实验要求，调好样品盘与射频电极的距离3．关闭真空系统的所有阀门4．翻开冷却水进水阀，保证冷却水畅通。5．实验前，请认真阅读实验指导书〔二〕实验程序1．抽真空按总电源按纽开关“开〞，此时，总供电源的电已经加上，各电源都处于准备工作状态按机械泵按纽开关“启动〞，机械泵开始工作，翻开“手动碟阀〞。此时机械泵对反响室进行抽气。开启复合真空计即可测系统的真空度。背底真空度到达几3Pa-5Pa2．制备薄膜〔4〕待真空度到达实验要求，反响室充气：翻开气瓶阀门，翻开流量计开关，调节流量计旋纽，翻开V1阀，反响室的总气压为维持在10-15Pa左右.〔7〕开启射频电源，使输出功率为80W左右。[需要的话可对衬底加热]。薄膜开始生长。〔三〕停机实验结束后，先关闭射频电源，{负偏压电源，衬底加热电源}，气源，5-10分钟后，关闭手动碟阀，关闭机械泵。〔四〕取样系统停机后，可由充气阀向系统充入大气，待系统充好气后，翻开真空室盖子，取出样品。切忌没有充气，就打盖子，防止出现意外事故。考前须知操作前，请仔细阅读实验指导书和各种相关部件的说明书。由于射频电源两极悬空，故电源面板有剩余电量，做实验时小心面板漏电，造成伤害。做射频实验时，为平安起见，请关闭复合真空计，由上海振太薄膜真空计监测真空度。射频电源工作前需预热5分钟，关闭后应冷却5分钟。热丝加热电源当调节电压时电流增大的过程中，电源内部回有些咝咝的响声，此属正常现象。设备要注意良好接地。六、实验报告要求实验目的；实验内容；实验设备〔仪器〕，材料；实验方案设计；实验数据记录与处理；实验结果分析；总结。七、考核型式书面实验报告及实际操作相结合