《光电半导体材料科学与技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电半导体材料科学与技术（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子束通过5 10kV的电场加速后 聚焦并打到待蒸发材料表面 电子束将能量传递给待蒸发材料使其熔化 电子束迅速损失能量 电子束蒸发系统的核心部件 电子束枪 热阴极和等离子体电子 电子束聚焦方式 静电聚焦和磁偏转聚焦电子束产生后 需要对其进行聚焦而能够直接打到被蒸发材料的表面 电子束蒸发源的优点电子束轰击热源的束流密度高 能获得远比电阻加热源更大的能量密度 达到104 109W cm2的功率密度 可用于蒸发高熔点材料 如W Mo等 被蒸发材料可置于水冷坩锅中 避免容器材料蒸发 及其与蒸发材料反应热量可直接加到蒸镀材料的表面 热效率高 热传导和热辐射损失小电子束蒸发源的缺点电子枪发出的一次电子和蒸
2、发材料发出的二次电子会使 蒸发原子和残余气体分子电离 影响膜层质量 可选择电子枪加以解决 电子束蒸镀装置结构复杂 价格昂贵 加速电压高时 产生辐射伤害 直流溅射 导电靶材 射频溅射 绝缘介质靶材 反应溅射 氧化物 氮化物靶材 磁控溅射系统 溅射的基本原理 物质的溅射现象溅射 荷能粒子与固体 靶材 表面相互作用过程中 发生能量和动量的转移 当表面原子获得足够大的动能而脱离固体表面 从而产生表面原子的溅射 溅射参数溅射阀值 将靶材原子溅射出来所需的入射离子最小能量值 与入射离子的种类关系不大 与靶材有关 溅射产额溅射离子速度和能量 5 溅射物理过程 6 入射离子轰击靶材时 平均每个正离子能从靶材打
3、出的原子数为溅射产额 M1 M2 分别为入射离子和靶材原子的质量 U0 靶材表面束缚能 eV E 入射离子的能量 eV 无量纲参数 溅射物理机制 Underlowenergeticionbombardment singleknock On LinearcollisioncascadeUnderhighenergeticionbombardment spike DCSputtering Processpressure compromisebetweenthenumberofArionsandthescatteringofArionswithneutralAratomsSputtervoltage
4、 maximumyield typical 2 5kVSubstratebias controlionbombardmentcharacteristicsSubstratetemperature modifydepositedfilmproperties RFSputtering Forinsulatingmaterialsduetopositivechargebuildsuponthecathode target inDCsystems Alternatingpotentialcanavoidchargebuildup Whenfrequencieslessthanabout50kHz el
5、ectronsandionsinplasmaaremobileWhenfrequenciesaboveabout50kHz ions heavy cannolongerfollowtheswitching electronscanneutralizepositivechargebuildup MagnetronSputtering I MagnetronConfiguration planar NdFeBbarmagnetwithamagneticfieldof 0 5GonthetargetfrontsurfaceElectronmotionisconfinedtoaracetrackdue
6、todriftingbyEandBperpendiculartoeachother 11 12 化学气相沉积ChemicalVaporTransport GasmeasurementandmonitoringTransportofmoleculesbygasflowanddiffusionTransportofheatbyconvection conduction andradiationChemicalreactionsinthegasphaseandatthesurfaces 化学气相沉积分类 常压CVD APCVD 低压CVD LPCVD 等离子增强CVD PECVD CVD薄膜生长过程
7、 气体源进入反应器 源材料扩散至表面 源材料吸附在表面 产生化学反应 生成物形成晶核 晶核形成岛状物 形成连续薄膜 气体副产物排出 Masstransportdependson CVD生长过程中的质量输运 两种传输模式 分子流传输 气体扩散 粘滞流传输 反应物传输至衬底表面进行反应 CVD薄膜的主要性能参数 等离子体增强CVD在射频功率条件下 反应气体从等离子中获得激活能 被激活并增强化学反应 实现高效率的化学气相沉积等离子轰击能够去除表面杂质 增加薄膜的附着性反应温度低于其它CVD薄膜沉积方法 20 等离子体基本物理性质 等离子中包括相同数目的离子和电子 呈现电中性 用于刻蚀的等离子体中带电
8、粒子密度109 1012个 cm 3 等离子中电子温度 104K 刻蚀过程中与室温中性气体分子生成活化自由基 与衬底材料结合生成挥发气体产物 从而刻蚀衬底 Application maskstopreventoxidationforLOCOSprocess finalpassivationbarrierformoistureandsodiumcontaminationPECVDLPCVD 沉积氮化硅 原子层沉积技术 AtomicLayerDeposition ALDisamethodofapplyingthinfilmstovarioussubstrateswithatomicscalepre
9、cision Similarinchemistrytochemicalvapordeposition CVD exceptthattheALDreactionbreakstheCVDreactionintotwohalf reactions keepingtheprecursormaterialsseparateduringthereaction ALDfilmgrowthisself limitedandbasedonsurfacereactions whichmakesachievingatomicscaledepositioncontrolpossible Bykeepingthepre
10、cursorsseparatethroughoutthecoatingprocess atomiclayerthicknesscontroloffilmgrowncanbeobtainedasfineasatomic molecularscalepermonolayer 原子层沉积过程与设备 Releasessequentialprecursorgaspulsestodepositafilmonelayeratatimeonthesubstrate Theprecursorgasisintroducedintotheprocesschamberandproducesamonolayerofga
11、sonthewafersurface Asecondprecursorofgasisthenintroducedintothechamberreactingwiththefirstprecursortoproduceamonolayeroffilmonthewafersurface 3 Twofundamentalmechanisms ChemisorptionsaturationprocessSequentialsurfacechemicalreactionprocess4 Sinceeachpairofgaspulses onecycle producesexactlyonemonolay
12、eroffilm thethicknessoftheresultingfilmmaybepreciselycontrolledbythenumberofdepositioncycles Example ALDcycleforAl2O3deposition Step1 Step2 Step3 Step4 Step5 Step6 After3cycles Eachpairofgaspulses onecycle producesexactlyonemonolayeroffilm thethicknessoftheresultingfilmmaybepreciselycontrolledbythen
13、umberofdepositioncycles MaintypesofALDreactorsClosedsystemchambers mostcommon Thereactionchamberwallsaredesignedtoeffectthetransportoftheprecursors Ref TechnologyBackgrounder AtomicLayerDeposition ICKnowledgeLLC 24April06 ProcessTemperature 1 1 1 1 TechnologyBackgrounder AtomicLayerDeposition ICKnow
14、ledgeLLC 24April06 CandidatesforHigh KdielectricsFilmPrecursorsAl2O3Al CH 3 H2OorO3HfO2HfCl4orTEMAH H2OZrO2ZrCl4 H2O ALDApplications High KdielectricsforCMOS ReducesleakagecurrentFasterswitchingspeedCoolertransistors Ref Intel sHigh k MetalGateAnnouncement Intel Corporation 26April 06 Semiconductorm
15、emory DRAM CuinterconnectbarrierDepositioninporousstructures AdvantagesStoichiometricfilmswithlargeareauniformityand3Dconformality Precisethicknesscontrol Lowtemperaturedepositionpossible Gentledepositionprocessforsensitivesubstrates DisadvantagesDepositionRateslowerthanCVD NumberofdifferentmaterialthatcanbedepositedisfaircomparedtoMBE SummaryofALD 知识回顾KnowledgeReview
