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1、第五章第五章 薄膜淀积工艺薄膜淀积工艺（下）（下）薄膜淀积（薄膜淀积（Thin Film Deposition）工艺工艺 概述概述概述概述 真空技术与等离子体简介真空技术与等离子体简介真空技术与等离子体简介真空技术与等离子体简介 化学气相淀积工艺化学气相淀积工艺化学气相淀积工艺化学气相淀积工艺 物理气相淀积工艺物理气相淀积工艺物理气相淀积工艺物理气相淀积工艺 小结小结小结小结参考资料：参考资料：参考资料：参考资料：微电子制造科学原理与工程技术微电子制造科学原理与工程技术微电子制造科学原理与工程技术微电子制造科学原理与工程技术第第第第1212章章章章（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）（电子讲
2、稿中出现的图号是该书中的图号）（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）四、物理气相淀积工艺四、物理气相淀积工艺 引言引言引言引言 蒸发工艺蒸发工艺蒸发工艺蒸发工艺 溅射工艺溅射工艺溅射工艺溅射工艺（一）引言（一）引言1 1 1 1、物理气相淀积物理气相淀积物理气相淀积物理气相淀积（P P P Physical hysical hysical hysical V V V Vapor apor apor apor D D D Depositionepositionepositioneposition）技术：技术：技术：技术： 蒸发蒸发蒸发蒸发（Evaporati
3、onEvaporation）法法法法 溅射溅射溅射溅射（SputteringSputtering）法法法法PVDPVD的特点：的特点：的特点：的特点：靶材料靶材料靶材料靶材料薄膜材料薄膜材料薄膜材料薄膜材料2 2 2 2、在、在、在、在ICICICIC制造中，制造中，制造中，制造中，PVDPVD技术主要用于技术主要用于技术主要用于技术主要用于金属薄膜的制备金属薄膜的制备金属薄膜的制备金属薄膜的制备。蒸发的速率取决于：蒸发的速率取决于：蒸发的速率取决于：蒸发的速率取决于：(1)(1) 离开离开离开离开蒸气源的材料有多少；蒸气源的材料有多少；蒸气源的材料有多少；蒸气源的材料有多少；(2)(2) 到
4、达到达到达到达硅片衬底的材料有多少硅片衬底的材料有多少硅片衬底的材料有多少硅片衬底的材料有多少真空度一般要求高于真空度一般要求高于真空度一般要求高于真空度一般要求高于1010-5-5TorrTorr。（二）蒸发工艺介绍（二）蒸发工艺介绍1 1 1 1、 蒸发蒸发蒸发蒸发工艺是最早出现的金属淀积工艺。工艺是最早出现的金属淀积工艺。工艺是最早出现的金属淀积工艺。工艺是最早出现的金属淀积工艺。2 2 2 2、蒸发工艺的淀积速率、蒸发工艺的淀积速率、蒸发工艺的淀积速率、蒸发工艺的淀积速率单位时间内通过单位面积表面的气体分（原）子数单位时间内通过单位面积表面的气体分（原）子数单位时间内通过单位面积表面的
5、气体分（原）子数单位时间内通过单位面积表面的气体分（原）子数其中，其中，其中，其中，P P是压强，是压强，是压强，是压强，MM是气体分（原）子质量是气体分（原）子质量是气体分（原）子质量是气体分（原）子质量单位时间内坩锅内蒸气源材料质量的消耗速率单位时间内坩锅内蒸气源材料质量的消耗速率单位时间内坩锅内蒸气源材料质量的消耗速率单位时间内坩锅内蒸气源材料质量的消耗速率其中，其中，其中，其中，PePe是蒸气源的平衡蒸气压，是蒸气源的平衡蒸气压，是蒸气源的平衡蒸气压，是蒸气源的平衡蒸气压，T T是材料温度是材料温度是材料温度是材料温度假设材料假设材料假设材料假设材料温度近似为恒定温度近似为恒定温度近似
6、为恒定温度近似为恒定，同时，同时，同时，同时面积面积面积面积A A恒定恒定恒定恒定，则有：，则有：，则有：，则有：为一个固定量为一个固定量为一个固定量为一个固定量1)1)1)1)通量密度：通量密度：通量密度：通量密度：质量蒸发率：质量蒸发率：质量蒸发率：质量蒸发率：图图图图12.2 12.2 常用材料的蒸气压曲线常用材料的蒸气压曲线常用材料的蒸气压曲线常用材料的蒸气压曲线温度越高温度越高温度越高温度越高，蒸气压越高。蒸气压越高。蒸气压越高。蒸气压越高。a.a.a.a. 离开蒸气源的气体分子流离开蒸气源的气体分子流离开蒸气源的气体分子流离开蒸气源的气体分子流 F F 当蒸气源近似为当蒸气源近似为
7、当蒸气源近似为当蒸气源近似为点源点源点源点源时时时时， 气体分子流是气体分子流是气体分子流是气体分子流是各向同性各向同性各向同性各向同性的。的。的。的。 当蒸气源近似为当蒸气源近似为当蒸气源近似为当蒸气源近似为平面源平面源平面源平面源时时时时， 气体分子流与夹角气体分子流与夹角气体分子流与夹角气体分子流与夹角有关。有关。有关。有关。此时，蒸气源正上方的硅片会得到更此时，蒸气源正上方的硅片会得到更此时，蒸气源正上方的硅片会得到更此时，蒸气源正上方的硅片会得到更多的淀积薄膜。多的淀积薄膜。多的淀积薄膜。多的淀积薄膜。2) 2) 2) 2) 离开坩埚材料离开坩埚材料离开坩埚材料离开坩埚材料与与与与堆
8、积在圆片表面材料堆积在圆片表面材料堆积在圆片表面材料堆积在圆片表面材料的的的的比值比值比值比值假设假设假设假设：腔室真空度足够腔室真空度足够腔室真空度足够腔室真空度足够高高高高，气体分子的相互碰撞可以被忽略，气体分子的相互碰撞可以被忽略，气体分子的相互碰撞可以被忽略，气体分子的相互碰撞可以被忽略， 离开蒸气源的离开蒸气源的离开蒸气源的离开蒸气源的气体分子以气体分子以气体分子以气体分子以直线形式直线形式直线形式直线形式运动到硅片表面运动到硅片表面运动到硅片表面运动到硅片表面。图图图图12.3 12.3 圆片淀积位置圆片淀积位置圆片淀积位置圆片淀积位置b.b.b.b. 到达圆片表面的材料到达圆片表
9、面的材料到达圆片表面的材料到达圆片表面的材料比例常数比例常数比例常数比例常数为获得好的为获得好的为获得好的为获得好的均匀性均匀性均匀性均匀性，一般采，一般采，一般采，一般采用用用用球形放置球形放置球形放置球形放置方式，此时有：方式，此时有：方式，此时有：方式，此时有：k k为一个常数为一个常数为一个常数为一个常数，保证了达到硅，保证了达到硅，保证了达到硅，保证了达到硅片表面各点的气体分子数相等，片表面各点的气体分子数相等，片表面各点的气体分子数相等，片表面各点的气体分子数相等，即淀积速率的即淀积速率的即淀积速率的即淀积速率的均匀性均匀性均匀性均匀性。考虑到到达圆片表面的部分正比于圆片所对的立体
10、角考虑到到达圆片表面的部分正比于圆片所对的立体角考虑到到达圆片表面的部分正比于圆片所对的立体角考虑到到达圆片表面的部分正比于圆片所对的立体角3) 3) 3) 3) 淀积速率的公式：淀积速率的公式：淀积速率的公式：淀积速率的公式：其中，其中，其中，其中，是淀积材料的质量密度。是淀积材料的质量密度。是淀积材料的质量密度。是淀积材料的质量密度。 R Rd d的单位是：的单位是：的单位是：的单位是：m/sm/s影响淀积速率的主要参数：影响淀积速率的主要参数：影响淀积速率的主要参数：影响淀积速率的主要参数：a.a.a.a. 被蒸发被蒸发被蒸发被蒸发材料本身材料本身材料本身材料本身的性质的性质的性质的性质
11、b.b.b.b. 淀积温度：淀积温度：淀积温度：淀积温度：温度越高，温度越高，温度越高，温度越高，PePe越高越高越高越高c.c.c.c. 腔室和坩锅的腔室和坩锅的腔室和坩锅的腔室和坩锅的几何形状几何形状几何形状几何形状讨 论3 3 3 3、 常用蒸发系统（加热器）常用蒸发系统（加热器）常用蒸发系统（加热器）常用蒸发系统（加热器）电阻加热蒸发、（电感）感应加热蒸发、电子束蒸发电阻加热蒸发、（电感）感应加热蒸发、电子束蒸发电阻加热蒸发、（电感）感应加热蒸发、电子束蒸发电阻加热蒸发、（电感）感应加热蒸发、电子束蒸发加热加热加热加热温度有限温度有限温度有限温度有限加热元件沾污加热元件沾污加热元件沾污
12、加热元件沾污提高蒸发温度提高蒸发温度提高蒸发温度提高蒸发温度坩锅材料沾污坩锅材料沾污坩锅材料沾污坩锅材料沾污只加热淀积材料只加热淀积材料只加热淀积材料只加热淀积材料存在辐射损伤存在辐射损伤存在辐射损伤存在辐射损伤1)1)1)1) 薄膜的薄膜的薄膜的薄膜的淀积速率：淀积速率：淀积速率：淀积速率：4 4 4 4、蒸发工艺的限制因素、蒸发工艺的限制因素、蒸发工艺的限制因素、蒸发工艺的限制因素图图图图12.412.4 在高的淀积速在高的淀积速在高的淀积速在高的淀积速率下材料平衡蒸汽压率下材料平衡蒸汽压率下材料平衡蒸汽压率下材料平衡蒸汽压使坩埚正上方区域形使坩埚正上方区域形使坩埚正上方区域形使坩埚正上方
13、区域形成粘滞流，在坩埚顶成粘滞流，在坩埚顶成粘滞流，在坩埚顶成粘滞流，在坩埚顶部上方部上方部上方部上方1010cmcm处形成处形成处形成处形成虚虚虚虚拟源拟源拟源拟源2)2)2)2) 淀积淀积淀积淀积薄膜材料薄膜材料薄膜材料薄膜材料的的的的纯度纯度纯度纯度高速率与均匀性的矛盾高速率与均匀性的矛盾高速率与均匀性的矛盾高速率与均匀性的矛盾解决：解决：解决：解决：加热加热加热加热硅片并进行硅片并进行硅片并进行硅片并进行旋转旋转旋转旋转。当表面吸附原子移动率低时，阴影当表面吸附原子移动率低时，阴影当表面吸附原子移动率低时，阴影当表面吸附原子移动率低时，阴影效应会造成严重的台阶覆盖问题。效应会造成严重的
14、台阶覆盖问题。效应会造成严重的台阶覆盖问题。效应会造成严重的台阶覆盖问题。3)3)3)3) 淀积薄膜的淀积薄膜的淀积薄膜的淀积薄膜的台阶覆盖性台阶覆盖性台阶覆盖性台阶覆盖性注意注意注意注意：增加衬底温度要影响薄膜形貌，因此常用：增加衬底温度要影响薄膜形貌，因此常用：增加衬底温度要影响薄膜形貌，因此常用：增加衬底温度要影响薄膜形貌，因此常用蒸发后加蒸发后加蒸发后加蒸发后加 离子束离子束离子束离子束，使沉积层重新分布，使沉积层重新分布，使沉积层重新分布，使沉积层重新分布图图图图12.10 12.10 蒸发多成分薄膜的方法示意图蒸发多成分薄膜的方法示意图蒸发多成分薄膜的方法示意图蒸发多成分薄膜的方法
15、示意图4) 4) 4) 4) 合金材料合金材料合金材料合金材料与与与与多组分复合材料薄膜多组分复合材料薄膜多组分复合材料薄膜多组分复合材料薄膜的淀积的淀积的淀积的淀积b.b.b.b. 当合金材料的当合金材料的当合金材料的当合金材料的蒸气压不同蒸气压不同蒸气压不同蒸气压不同时，采用时，采用时，采用时，采用多源同时蒸发；多源同时蒸发；多源同时蒸发；多源同时蒸发；c. c. c. c. 当进行当进行当进行当进行多成分薄膜淀积多成分薄膜淀积多成分薄膜淀积多成分薄膜淀积时，采用时，采用时，采用时，采用多源按次序蒸发多源按次序蒸发多源按次序蒸发多源按次序蒸发。a.a.a.a. 当合金材料的当合金材料的当合
16、金材料的当合金材料的蒸气压相近蒸气压相近蒸气压相近蒸气压相近时，一般采用时，一般采用时，一般采用时，一般采用单源蒸发单源蒸发单源蒸发单源蒸发；（三）溅射工艺介绍（三）溅射工艺介绍1 1 1 1、 溅射溅射溅射溅射概述概述概述概述2) 2) 2) 2) 溅射溅射溅射溅射工艺工艺工艺工艺( ( ( (相对于蒸发工艺相对于蒸发工艺相对于蒸发工艺相对于蒸发工艺) ) ) )的的的的优势优势优势优势：a. a. 台阶台阶台阶台阶覆盖性覆盖性覆盖性覆盖性得到得到得到得到改善改善改善改善b. b. 辐射缺陷辐射缺陷辐射缺陷辐射缺陷远远远远小小小小于电子束蒸发于电子束蒸发于电子束蒸发于电子束蒸发c. c. 容
17、易制备容易制备容易制备容易制备难熔金属难熔金属难熔金属难熔金属、合金材料合金材料合金材料合金材料和和和和复合材料复合材料复合材料复合材料薄膜薄膜薄膜薄膜。3) 3) 3) 3) 当靶材料是当靶材料是当靶材料是当靶材料是化合物化合物化合物化合物或或或或合金合金合金合金时，淀积材料的化学配比与时，淀积材料的化学配比与时，淀积材料的化学配比与时，淀积材料的化学配比与 靶材料的略微不同。靶材料的略微不同。靶材料的略微不同。靶材料的略微不同。当当当当不同成分的不同成分的不同成分的不同成分的溅射速率不同时溅射速率不同时溅射速率不同时溅射速率不同时，靶表面积累更多溅射速率，靶表面积累更多溅射速率，靶表面积累
18、更多溅射速率，靶表面积累更多溅射速率较低的材料，使得淀积薄膜的成分重新接近靶体材料较低的材料，使得淀积薄膜的成分重新接近靶体材料较低的材料，使得淀积薄膜的成分重新接近靶体材料较低的材料，使得淀积薄膜的成分重新接近靶体材料ICIC制造中制造中制造中制造中金属金属金属金属材料的材料的材料的材料的淀积淀积淀积淀积1) 1) 1) 1) 溅射溅射溅射溅射工艺的工艺的工艺的工艺的用途用途用途用途：2 2 2 2、溅射原理、溅射原理、溅射原理、溅射原理简单的直流溅射系统示意图简单的直流溅射系统示意图简单的直流溅射系统示意图简单的直流溅射系统示意图 真空中充入的氩气真空中充入的氩气真空中充入的氩气真空中充入
19、的氩气 在电场下产生气体放电在电场下产生气体放电在电场下产生气体放电在电场下产生气体放电（等离子体）（等离子体）（等离子体）（等离子体） 高能高能高能高能ArAr+ +轰击靶材轰击靶材轰击靶材轰击靶材（阴极）（阴极）（阴极）（阴极），使其表面原，使其表面原，使其表面原，使其表面原子剥离并子剥离并子剥离并子剥离并淀积到对面阳淀积到对面阳淀积到对面阳淀积到对面阳极（硅片）极（硅片）极（硅片）极（硅片）表面表面表面表面气压范围：气压范围：气压范围：气压范围：1 1100100mTorrmTorr图图图图12.12 12.12 离子入射到靶表离子入射到靶表离子入射到靶表离子入射到靶表面时可能产生的结果
20、面时可能产生的结果面时可能产生的结果面时可能产生的结果(1) (1) (1) (1) 带能离子带能离子带能离子带能离子轰击轰击轰击轰击靶表面靶表面靶表面靶表面时，可能造成的结果：时，可能造成的结果：时，可能造成的结果：时，可能造成的结果：a.a.a.a. 离子离子离子离子能量很低时能量很低时能量很低时能量很低时，被，被，被，被反弹回来反弹回来反弹回来反弹回来；b.b.b.b. 能量能量能量能量小于小于小于小于10 10 eVeV的离子被吸附在靶的离子被吸附在靶的离子被吸附在靶的离子被吸附在靶 表面，以声子（热）形式释放能量；表面，以声子（热）形式释放能量；表面，以声子（热）形式释放能量；表面，
21、以声子（热）形式释放能量；c.c.c.c. 能量能量能量能量大于大于大于大于10 10 keVkeV的离子的离子的离子的离子深入衬底深入衬底深入衬底深入衬底， 改变衬底的原子排列结构；改变衬底的原子排列结构；改变衬底的原子排列结构；改变衬底的原子排列结构；离子注入离子注入离子注入离子注入d.d.d.d. 当离子当离子当离子当离子能量处于上述两者之间能量处于上述两者之间能量处于上述两者之间能量处于上述两者之间， 能量传递仅限于表面几层原子层，能量传递仅限于表面几层原子层，能量传递仅限于表面几层原子层，能量传递仅限于表面几层原子层， 通过通过通过通过断裂化学键使表面靶原子发断裂化学键使表面靶原子发
22、断裂化学键使表面靶原子发断裂化学键使表面靶原子发 射出来射出来射出来射出来。溅射溅射溅射溅射(2) (2) (2) (2) 淀积速率与溅射产额淀积速率与溅射产额淀积速率与溅射产额淀积速率与溅射产额a.a.a.a. 影响影响影响影响淀积速率淀积速率淀积速率淀积速率的关键因素：的关键因素：的关键因素：的关键因素：入射离子流量入射离子流量入射离子流量入射离子流量、溅射产额溅射产额溅射产额溅射产额和和和和溅射材料溅射材料溅射材料溅射材料在腔室在腔室在腔室在腔室的输运的输运的输运的输运。溅射产额的定义：溅射产额的定义：溅射产额的定义：溅射产额的定义：b. b. b. b. 影响影响影响影响溅射产额溅射产
23、额溅射产额溅射产额的关键因素：的关键因素：的关键因素：的关键因素：离子质量离子质量离子质量离子质量、离子能量离子能量离子能量离子能量、靶原子质量靶原子质量靶原子质量靶原子质量和和和和靶的结晶性能靶的结晶性能靶的结晶性能靶的结晶性能等。等。等。等。注意：注意：注意：注意：对于每一种靶材料，都存在一个对于每一种靶材料，都存在一个对于每一种靶材料，都存在一个对于每一种靶材料，都存在一个能量阈值能量阈值能量阈值能量阈值，低于该值，低于该值，低于该值，低于该值 则不发生溅射。则不发生溅射。则不发生溅射。则不发生溅射。10103030eVeV 当能量较低时，当能量较低时，当能量较低时，当能量较低时，溅射溅
24、射溅射溅射 产额随能量的产额随能量的产额随能量的产额随能量的平方增平方增平方增平方增 加加加加，至，至，至，至100100eVeV左右；左右；左右；左右； 此后，此后，此后，此后，溅射产额随能溅射产额随能溅射产额随能溅射产额随能 量线性增加，至量线性增加，至量线性增加，至量线性增加，至750750eVeV 左右；左右；左右；左右； 此后，此后，此后，此后，溅射产额基本溅射产额基本溅射产额基本溅射产额基本 不变不变不变不变，直至发生离子，直至发生离子，直至发生离子，直至发生离子 注入。注入。注入。注入。图图图图12.13 12.13 溅射产额与溅射产额与溅射产额与溅射产额与离子能量的关系离子能量
25、的关系离子能量的关系离子能量的关系图图图图12.14 12.14 4-154-15keVkeV离子射向银、铜、钽靶时，溅射产额与离子原子序数的关系离子射向银、铜、钽靶时，溅射产额与离子原子序数的关系离子射向银、铜、钽靶时，溅射产额与离子原子序数的关系离子射向银、铜、钽靶时，溅射产额与离子原子序数的关系(3) (3) (3) (3) 高密度磁控溅射高密度磁控溅射高密度磁控溅射高密度磁控溅射通过增加一个通过增加一个通过增加一个通过增加一个与电场方向垂直的磁场与电场方向垂直的磁场与电场方向垂直的磁场与电场方向垂直的磁场，可使等离子体中的电子，可使等离子体中的电子，可使等离子体中的电子，可使等离子体中
26、的电子螺旋式运动螺旋式运动螺旋式运动螺旋式运动，增加与气体分子的碰撞几率而，增加与气体分子的碰撞几率而，增加与气体分子的碰撞几率而，增加与气体分子的碰撞几率而提高等离子体密度提高等离子体密度提高等离子体密度提高等离子体密度。等离子体密度可由等离子体密度可由等离子体密度可由等离子体密度可由0.0001%0.0001%增加到增加到增加到增加到0.03%0.03%。图图图图12.18 12.18 S-GunS-Gun溅射靶示意图溅射靶示意图溅射靶示意图溅射靶示意图3 3 3 3、溅射薄膜形貌与台阶覆盖、溅射薄膜形貌与台阶覆盖、溅射薄膜形貌与台阶覆盖、溅射薄膜形貌与台阶覆盖靶原子靶原子靶原子靶原子被溅
27、射出来被溅射出来被溅射出来被溅射出来 多次多次多次多次碰撞碰撞碰撞碰撞 达到硅片表面被达到硅片表面被达到硅片表面被达到硅片表面被吸附吸附吸附吸附 沿表面沿表面沿表面沿表面扩散扩散扩散扩散，原子之间原子之间原子之间原子之间碰撞结合成核碰撞结合成核碰撞结合成核碰撞结合成核 形成形成形成形成岛状区域岛状区域岛状区域岛状区域 岛互相连接成岛互相连接成岛互相连接成岛互相连接成连续薄膜连续薄膜连续薄膜连续薄膜图图图图12.20 12.20 薄膜淀积的薄膜淀积的薄膜淀积的薄膜淀积的区域模型区域模型区域模型区域模型(1) (1) (1) (1) 区域模型区域模型区域模型区域模型a. a. 原子能量低，衬底温原
28、子能量低，衬底温原子能量低，衬底温原子能量低，衬底温 度低时度低时度低时度低时，1 1区：区：区：区：无定无定无定无定 形态形态形态形态b. b. 随随随随气压降低气压降低气压降低气压降低，衬底温衬底温衬底温衬底温 度升高度升高度升高度升高，T T区：区：区：区：小晶小晶小晶小晶 粒，高反射率粒，高反射率粒，高反射率粒，高反射率c. c. 进一步提高衬底温度进一步提高衬底温度进一步提高衬底温度进一步提高衬底温度 或或或或轰击能量轰击能量轰击能量轰击能量，2 2区、区、区、区、3 3 区：区：区：区：大晶粒，表面粗糙大晶粒，表面粗糙大晶粒，表面粗糙大晶粒，表面粗糙(2) (2) (2) (2)
29、溅射薄膜的台阶覆盖性溅射薄膜的台阶覆盖性溅射薄膜的台阶覆盖性溅射薄膜的台阶覆盖性a.a.a.a. 台阶形貌与台阶形貌与台阶形貌与台阶形貌与表面扩散表面扩散表面扩散表面扩散、气相分子平均自由程气相分子平均自由程气相分子平均自由程气相分子平均自由程的关系的关系的关系的关系不均匀覆盖，不均匀覆盖，不均匀覆盖，不均匀覆盖，台阶台阶台阶台阶顶部有拱形突起顶部有拱形突起顶部有拱形突起顶部有拱形突起完全保形的完全保形的完全保形的完全保形的均匀覆均匀覆均匀覆均匀覆盖盖盖盖不均匀覆盖不均匀覆盖不均匀覆盖不均匀覆盖，台阶，台阶，台阶，台阶侧壁侧壁侧壁侧壁下方下方下方下方及台阶及台阶及台阶及台阶底底底底部薄部薄部薄
30、部薄b.b.b.b. 溅射法形成的溅射法形成的溅射法形成的溅射法形成的台阶形貌台阶形貌台阶形貌台阶形貌虽虽虽虽优于蒸发法优于蒸发法优于蒸发法优于蒸发法，但，但，但，但不如不如不如不如CVDCVD法法法法。I) I) 衬底加热衬底加热衬底加热衬底加热溅射。溅射。溅射。溅射。II) II) 在硅片在硅片在硅片在硅片衬底上加衬底上加衬底上加衬底上加RFRF偏压偏压偏压偏压，圆片被高，圆片被高，圆片被高，圆片被高 能离子轰击，使溅射材料再淀积。能离子轰击，使溅射材料再淀积。能离子轰击，使溅射材料再淀积。能离子轰击，使溅射材料再淀积。溅射金属原子溅射金属原子溅射金属原子溅射金属原子 离子化离子化离子化离
31、子化 定向入射到硅片表面定向入射到硅片表面定向入射到硅片表面定向入射到硅片表面图图图图12.21 12.21 接触孔处台阶覆盖随时间接触孔处台阶覆盖随时间接触孔处台阶覆盖随时间接触孔处台阶覆盖随时间增加而变化的示意图增加而变化的示意图增加而变化的示意图增加而变化的示意图c. c. c. c. 改善措施：改善措施：改善措施：改善措施：VI) VI) 离化金属等离子体淀积（离化金属等离子体淀积（离化金属等离子体淀积（离化金属等离子体淀积（IMPIMP， Ionized Metal Plasma Deposition Ionized Metal Plasma Deposition）。）。）。）。II
32、I) III) 强迫填充强迫填充强迫填充强迫填充溅射。溅射。溅射。溅射。IV) IV) 准直准直准直准直溅射。溅射。溅射。溅射。强迫填充强迫填充强迫填充强迫填充法示意图法示意图法示意图法示意图图图图图12.23 12.23 准直溅射法：在接近硅片处放置准直器，准直溅射法：在接近硅片处放置准直器，准直溅射法：在接近硅片处放置准直器，准直溅射法：在接近硅片处放置准直器，以增加离子入射的定向性。以增加离子入射的定向性。以增加离子入射的定向性。以增加离子入射的定向性。4 4 4 4、常用溅射工艺、常用溅射工艺、常用溅射工艺、常用溅射工艺(1) (1) (1) (1) 金属薄膜：金属薄膜：金属薄膜：金属
33、薄膜：采用采用采用采用磁控直流溅射磁控直流溅射磁控直流溅射磁控直流溅射；介质薄膜：介质薄膜：介质薄膜：介质薄膜：采用采用采用采用RFRF溅射溅射溅射溅射(2) (2) (2) (2) 溅射前预清洗工艺：溅射前预清洗工艺：溅射前预清洗工艺：溅射前预清洗工艺：采用采用采用采用RFRF等离子体等离子体等离子体等离子体，ArAr+ +离子轰击硅片离子轰击硅片离子轰击硅片离子轰击硅片 表面，去除自然氧化层表面，去除自然氧化层表面，去除自然氧化层表面，去除自然氧化层(3) (3) (3) (3) 合金材料的溅射：合金材料的溅射：合金材料的溅射：合金材料的溅射： 合金靶合金靶合金靶合金靶： 薄膜组分受控于气
34、相传输薄膜组分受控于气相传输薄膜组分受控于气相传输薄膜组分受控于气相传输 多靶溅射多靶溅射多靶溅射多靶溅射：调节各靶功率来改变淀积层组分：调节各靶功率来改变淀积层组分：调节各靶功率来改变淀积层组分：调节各靶功率来改变淀积层组分(4) (4) TiN TiN反应离子溅射：反应离子溅射：反应离子溅射：反应离子溅射：在在在在N N气氛下进行气氛下进行气氛下进行气氛下进行TiTi靶溅射，生成靶溅射，生成靶溅射，生成靶溅射，生成TiNTiN。本章小结：本章小结： 薄膜淀积工艺薄膜淀积工艺薄膜淀积工艺薄膜淀积工艺可分为可分为可分为可分为化学气相淀积化学气相淀积化学气相淀积化学气相淀积和和和和物理气相淀积物
35、理气相淀积物理气相淀积物理气相淀积两大类。两大类。两大类。两大类。 化学气相淀积化学气相淀积化学气相淀积化学气相淀积主要应用于主要应用于主要应用于主要应用于介质材料介质材料介质材料介质材料和和和和半导体材料薄膜半导体材料薄膜半导体材料薄膜半导体材料薄膜的的的的 制备，其优势在于优良的台阶覆盖能力。制备，其优势在于优良的台阶覆盖能力。制备，其优势在于优良的台阶覆盖能力。制备，其优势在于优良的台阶覆盖能力。 化学气相淀积化学气相淀积化学气相淀积化学气相淀积的速率受的速率受的速率受的速率受气相传输气相传输气相传输气相传输和和和和表面化学反应表面化学反应表面化学反应表面化学反应的约束。的约束。的约束。
36、的约束。 采用采用采用采用物理气相淀积物理气相淀积物理气相淀积物理气相淀积可可可可制备范围广泛的薄膜材料制备范围广泛的薄膜材料制备范围广泛的薄膜材料制备范围广泛的薄膜材料，但在，但在，但在，但在ICIC 制造中主要用于制造中主要用于制造中主要用于制造中主要用于金属层制备金属层制备金属层制备金属层制备。 随着随着随着随着ICIC特征尺寸的不断缩小和深宽比提高，特征尺寸的不断缩小和深宽比提高，特征尺寸的不断缩小和深宽比提高，特征尺寸的不断缩小和深宽比提高，金属的金属的金属的金属的CVDCVD 工艺工艺工艺工艺成为今后发展的重点。成为今后发展的重点。成为今后发展的重点。成为今后发展的重点。1 1、对于蒸发工艺，选择高的淀积速率会带来那、对于蒸发工艺，选择高的淀积速率会带来那、对于蒸发工艺，选择高的淀积速率会带来那、对于蒸发工艺，选择高的淀积速率会带来那 些问题？些问题？些问题？些问题？2 2、请说明为什么溅射工艺的台阶覆盖性比蒸发、请说明为什么溅射工艺的台阶覆盖性比蒸发、请说明为什么溅射工艺的台阶覆盖性比蒸发、请说明为什么溅射工艺的台阶覆盖性比蒸发 法好，而比法好，而比法好，而比法好，而比CVDCVD法差？法差？法差？法差？课后作业课后作业
