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薄膜生长解析第1页/共51页 课程内容1、引言2、硅片制备与高温工艺（拉单晶、氧化、扩散）3、薄膜生长（PVD和CVD）4、掺杂技术（扩散、注入）5、光刻与刻蚀工艺（曝光、刻蚀）6、金属化与多层互连（薄膜淀积、介质）7、CMOS集成电路工艺流程8、双极集成电路和BiCMOS的工艺集成第2页/共51页 3CVD: Chemical Vapor Deposition 化学气相淀积 如：SiH4(气)+2O2(气)＝SiO2(固)+2H2O(气)PVD: Physical Vapor Deposition 物理气相淀积 薄膜生长（PVD 、CVD）第3页/共51页 4物理气相淀积(PVD)定义：利用某种物理过程如蒸发或溅射方法实现物质的转移，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溅射法 优点：淀积多元薄膜时组份易控制，淀积薄膜与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。第4页/共51页 5真空蒸发法定义（原理）：利用蒸发材料在高温时所具有的饱和蒸气压进行薄膜 制备。分类 －热蒸发：通过加热蒸发源使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸汽 流并入射到衬底表面，凝结形成固态薄膜； （对于熔点不是很高，易熔化的材料） －电子束蒸发：利用定向高能电子束照射蒸发源使其获得高温，从而蒸 发获得固态薄膜。 (对于高熔点难熔材料)衬底为低温，蒸发源为高温第5页/共51页 6真空蒸发法制备薄膜的基本过程加热蒸发过程：对蒸发源加热，使其温度接近或达到蒸发材料的熔点，则固态源表面的原子容易逸出，转变为蒸气。原子或分子蒸气在蒸发源与衬底基片之间气相输运：飞行过程中会与真空室内的残余气体分子发生碰撞，碰撞次数取决于真空度和源与衬底间距离；被蒸发的原子或分子在衬底表面的淀积过程：凝结、成核、生长或成膜。由于衬底温度低于蒸发源温度，同时被蒸发原子只具有很低能量，在衬底表面不具有运动能力，直接凝结成膜。第6页/共51页 7高纯薄膜淀积必须在高真空度系统中进行（1）防止被蒸发的原子或分子在输运过程中不断与残余气体 分子碰撞；（2）残余气体中的氧和水汽会使金属原子或分子在输运过程 中发生氧化，同时也将使加热的衬底表面发生氧化；（3）残余气体中所含杂质也会淀积到薄膜中，影响薄膜质量。第7页/共51页 8真空常用数据真空区域压强范围乇(Torr)帕(Pa)低真空7601333中真空10~10-31333~1.3x10-1高真空10-3~10-81.33x10-1~10-6超高真空10-8~10-1210-6~10-10极高真空10-1210-10压强P(乇)分子平均自由程(cm)空气分子密度(/cm3)14.72x10-34x101610-34.724x101310-447.24x101210-54724x101110-647204x101010-94.72x1064x107真空区域划分20℃空气中不同压强下第8页/共51页 9蒸发源加热方式电阻加热电子束加热激光加热高频感应加热基板蒸发源真空系统热蒸发台电子束蒸发台第9页/共51页 10电阻加热热蒸发台直接加热源：钨、钼、钽和石墨等间接加热源：坩锅(舟)对加热体材料要求：熔点高、饱和蒸气压低、化学性能稳定；第10页/共51页 11电阻加热第11页/共51页 12电子束加热电子束蒸发台优点：比电阻加热能量密度高，可蒸发3000度以上的材料，W,Mo,Ge,SiO2, Al2O3高纯度薄膜淀积，因使用水冷坩锅热效率高，热传导和辐射损失少第12页/共51页 13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106W/cm2）；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，容易获得高真空度第13页/共51页 14高频感应加热蒸发源蒸发速率大（蒸发面积大）蒸发源温度均匀，稳定高温控制精度高，操作比较简单缺点：加热昂贵，电磁干扰氮化硼坩锅感应线圈熔化的淀积材料第14页/共51页 15PVD溅射法定义（原理）：