【正文】 片（ Si或 GaAs等）上淀積形成穩(wěn)定的固體膜。 逸出粒子性質(zhì) ?蒸發(fā)：不帶電，極少熱電子發(fā)射； ?濺射：離子種類多，性質(zhì)各異，中性原子、正負(fù)離子、高能電子、光子、低能原子或離子團(tuán)、氣體分子、解吸附原子分子、入射離子。 oxides – Al2O3, SiO2, Ta2O In2O SnO2 (O2) nitrides – TaN, TiN, Si3N4 (N2, NH3) carbides – TiC, WC, SiC (CH4, C2H4, C3H8) SulfideCdS、 ZnS、 CuS（ H2S） 反應(yīng)氣體 O2 N NH3 O2+N2 C2H CH4 產(chǎn)物 氧化物 氮化物 氮氧化物 碳化物 蒸發(fā)與濺射的異同點(diǎn) ?相同點(diǎn)：在真空中進(jìn)行 ?不同點(diǎn)：蒸發(fā)鍍膜是將材料加熱汽化；濺射鍍膜是用離子轟擊靶材，將其原子打出。 靶材中毒主要原因是介質(zhì)合成速度大于濺射產(chǎn)額（氧化反應(yīng)氣體通入太多），造成導(dǎo)體靶材喪失導(dǎo)電能力，只有提高擊穿電壓，才能起輝，電壓過高容易發(fā)生弧光放電。 注意：在任何情況下，反應(yīng)氣體量的控制都必須很精確！ 鈦、硅：金屬鈦和硅跟氮?dú)?、氧氣的反?yīng)均不激烈。 ?TiN作為沉積材料 TiN濺射，它被分裂成 Ti原子和 N原子 ● N原子反應(yīng)直接變成 N2 ● N2不活躍，并可能被抽出去 ●金屬態(tài)的 Ti濺射到基片上。 ? （ 2）膜的特性改變： ? 膜不是 100%的靶材材料，還會有其它化合物組成以致改變膜的特性。 反應(yīng)濺射（ Reactive Sputtering ） ? 那么解決的辦法呢，既然元素分壓小，那我們就可以調(diào)整濺射室內(nèi)的氣體組成和壓力，在通入 Ar氣的同時，通入相應(yīng)的活性氣體，例如要生成的化合物薄膜中有 O元素存在，那么可以通氧氣；有 N元素存在，就通氮?dú)?，從而抑制了化合物的分解傾向。我們知道，利用蒸發(fā)法制備化合物或合金薄膜時，常常要考慮薄膜成分偏離蒸發(fā)源成分的問題，也就是說，在化合物的蒸發(fā)過程中，蒸發(fā)出來的物質(zhì)蒸氣可能具有完全不同于固態(tài)或液態(tài)化合物的化學(xué)成分，可想而知，當(dāng)這些蒸氣在基體表面凝結(jié)成膜后，其成分將與原蒸發(fā)物質(zhì)產(chǎn)生偏離。 ? 磁控濺射特點(diǎn)（ Advantages of Magron Sputtering ） （ 1）電場與磁場正交設(shè)置，約束電子在靶面近域，致使靶面近域有高密度等離子體，濺射速率很高 沉積速率高（ High deposition rate ） ； （ 2）磁控濺射源相對被鍍件獨(dú)立，基片不再受電子轟擊而升溫，可對塑料等不耐高溫的基片實(shí)現(xiàn)濺射鍍膜 沉積溫度低 ； （ 3）磁控濺射源可以象熱蒸發(fā)源一樣使用，從而使被鍍件的形狀和位置不再受限制。因而，磁控濺射技術(shù)作為一種沉積速度較高、工作氣體壓力較低的濺射技術(shù)具有其獨(dú)特的優(yōu)越性。 ? 缺點(diǎn)：成膜速率低，仍有基片過熱問題。 RF sputtering ? 射頻濺射是為了克服直流濺射不能濺射介質(zhì)靶材的缺點(diǎn)而設(shè)計的，靶材作為一個電極，其上施加高頻電壓，穿過靶的是位移電流。 優(yōu)點(diǎn)：膜層在基片上的附著力強(qiáng)，膜層純度高，可同時濺射多種不同成分的合金膜或化合物。 3 濺射鍍膜的特點(diǎn) 相對于真空蒸發(fā)鍍膜，濺射鍍膜具有如下特點(diǎn)： （ a）對于任何待鍍材料，只要能作成靶材，就可以實(shí)現(xiàn)濺射； （ b）濺射所獲得的薄膜與基片結(jié)合較好； （ c）濺射所獲得的薄膜純度高，致密性好； （ d）濺射工藝可重復(fù)性好，膜厚可控制，同時可以在大面積基片上獲得厚度均勻的薄膜。 之間時，濺射率最大。 （ 2）與入射原子系數(shù)的關(guān)系 （ 1）濺射率呈周期性，總趨勢隨原子系數(shù) Z增大而增大； （ 2）同一周期中，惰性元素的濺射率最高，而中部元素濺射率最小。 （ 2）在離子能量超過閾值之后，隨著入射離子能量的增加，在 150eV以前，濺射產(chǎn)額和離子能量的方方成正比；在150eV~1keV范圍內(nèi)，濺射產(chǎn)額和離子能量成正比；在 1~10keV范圍內(nèi)，濺射產(chǎn)額變化不顯著；能量再增加，濺射產(chǎn)額卻顯示出下降的趨勢。 （ 2）濺射率 /濺射產(chǎn)額（ sputtering yield ） The number of particles sputtered from the surface of a target per primary ion. 設(shè)從外部入射到固體表面的粒子數(shù)為 Ni，從固體表面被濺射出來的粒子數(shù)為 Ns，則濺射率定義為： 濺射率（又稱為濺射產(chǎn)額）表示正離子撞擊陰極時，平均每個正離子能從陰極上打出的原子數(shù)。只有當(dāng)入射離子的能量超過一定的閾值以后，才會出現(xiàn)被濺射物質(zhì)表面原子的濺射。 ? 氣體放電－正、負(fù)兩電極間的間距、電壓、氣壓滿足一定條件時，絕緣氣體變成導(dǎo)電氣體的現(xiàn)象。 ● 氣體放電－正、負(fù)兩電極間的間距、電壓、氣壓滿足一定條件時，絕緣氣體變成導(dǎo)電氣體的現(xiàn)象。之所以需要低氣壓，是因?yàn)樵谳^高的氣壓下，平均自由程短，不能獲得足夠的能量使離子被加速。不同的濺射技術(shù)采用不同的輝光放電形式，根據(jù)所加電場的不同，分為直流輝光放電和射頻輝光放電。用于轟擊靶的荷能粒子可以是電子、離子或中性粒子，因?yàn)殡x子在電場下易于加速并獲得所需動能，因此大多采用離子作為轟擊粒子，該離子又被稱為入射離子。這些被濺射出來的原子將帶有一定的動能，并且具有方向性。等離子體中含有大量能量較高的快速離子，可顯著降低膜層外延生長的溫度。激光對靶的整體加熱效應(yīng)不大，因而靶材一般無需冷卻，使靶的運(yùn)動和更換非常方便。 ?PLD方法制備薄膜的優(yōu)點(diǎn)： ①高能量密度使 PLD可以蒸發(fā)金屬、陶瓷等多種材料，有利于解決難熔材料（如鎢、鉬及硅、碳、硼化合物）的薄膜沉積問題； ②化學(xué)計量比精確；瞬間爆炸式形成的等離子體羽輝不存在成分擇優(yōu)蒸發(fā)效應(yīng)，加上等離子體發(fā)射沿靶軸向空間約束效應(yīng)，對于多數(shù)材料可以使膜的成分和靶材的成分十分一致。 （ 2）等離子體在空間的輸運(yùn)（包括激光作用時的等溫膨脹和激光結(jié)束后的絕熱膨脹） 等離子體火焰形成后，其與激光束繼續(xù)作用，進(jìn)一步電離，等離子體的溫度和壓力迅速升高，并在靶面法線方向形成大的溫度和壓力梯度，使其沿該方向向外作等溫（激光作用時）和絕熱（激光終止后）膨脹，此時，電荷云的非均勻分布形成相當(dāng)強(qiáng)的加熱電場。 ? 一束激光經(jīng)透鏡聚焦后投射到靶上，使被照射區(qū)域的物質(zhì)燒蝕 （ ablation），燒蝕物（ ablated materials）擇優(yōu)沿著靶的法線方向傳輸，形成一個看起來象羽毛狀的發(fā)光團(tuán) 羽輝（ plume），最后燒蝕物沉積到前方的襯底上形成一層薄膜。 PLD是一種真空物理沉積方法，使用脈沖激光束聚焦到靶材表面，使靶材蒸發(fā)沉積在基體上成膜。 電子束加熱原理 燈絲通大電流，形成熱電子發(fā)射流 ： 2kTIe ?電子流在電位差為 U的電場中被加速至 v，即由 )/(2152smUeUm?????例如當(dāng) U＝ 6～ 10kV時， v＝ ~6 107 m/s 電子流被加速的同時，由電磁場使其聚成細(xì)束，并對準(zhǔn)坩堝內(nèi)的膜料，造成局部高溫而汽化蒸發(fā)。 電子束加熱結(jié)構(gòu) 常用的電子束蒸發(fā)源有電子束偏轉(zhuǎn)角度 270176。 ? 2）能克服電阻加熱方法受到加熱功率或加熱溫度的限制。另外，電阻加熱法的加熱功率或加熱溫度也有一定的限制。 優(yōu)點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)、操作方便。 （ 2）選用蒸發(fā)源應(yīng)考慮的因素 /對蒸發(fā)源材料的要求 1）熔點(diǎn)高，熱穩(wěn)定性好； 2）蒸發(fā)源在工作溫度有足夠低的蒸氣壓；防止或減少在高溫下蒸發(fā)原材料會隨蒸發(fā)材料而成為雜質(zhì)進(jìn)入蒸鍍膜層中。最常用的加熱方式有：電阻法、電子束法、高頻法等。 ?真空蒸發(fā)鍍膜的優(yōu)缺點(diǎn)： ?優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備比較簡單、操作容易；制成的薄膜純度高、質(zhì)量好，厚度可較準(zhǔn)確控制；成膜速率快、效率高，用掩膜可以獲得清晰圖形；大多數(shù)材料都可以作為膜層材料蒸發(fā)。 （ 2）氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間蒸發(fā)粒子的輸運(yùn)，即這些粒子在環(huán)境氣氛中的飛行過程。 ? 主要缺點(diǎn)是： ①對 CVD方法，有機(jī)源難以制備并有毒，易對環(huán)境帶來污染； ②對化學(xué)液相沉積，薄膜厚度難以精確控制。 中溫（ 500~1000℃ ）和高溫（ 1000~1300℃ ） CVD：廣泛用來沉積 IIIV族和 IIVI族化合物半導(dǎo)體。 ?在半導(dǎo)體工藝過程中，無論是導(dǎo)體、半導(dǎo)體，還是絕緣體，均可用 CVD技術(shù)來淀積薄膜，其已成為集成電路制造中最主要的薄膜淀積方法。 ? 物理氣相沉積（ PVD）薄膜的優(yōu)缺點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn)： ? ①由于在真空中進(jìn)行，能保證薄膜高純、清潔和干燥； ? ②能與半導(dǎo)體集成電路工藝兼容。另外，還可以將上述各種方法結(jié)合起來構(gòu)成某種新的方法，比如，將射頻技術(shù)與反應(yīng)濺射相結(jié)合，就構(gòu)成了射頻反應(yīng)濺射的方法。 ?濺射法屬于物理氣相沉積 (PVD)，射出的粒子大多處于原子狀態(tài)，轟擊靶材料的荷能粒子一般是電子、離子和中性粒子。 ? 按照使物質(zhì)氣化的加熱方法不同可有各種各樣的技術(shù)，包括電阻式蒸發(fā)（ resistance evaporation）、電子束蒸發(fā) (electron beam evaporation)和分子束外延（ Molecular Beam Epitaxy， MBE）； 真空蒸發(fā) 電阻蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、高頻感應(yīng)蒸發(fā) (High frequency induction evaporation)、 激光燒蝕 /閃蒸、多源蒸發(fā)、反應(yīng)蒸發(fā)、 分子束外延 分子束外延是在超高真空條件下精確控制源材料的中性分子束強(qiáng)度，并使其在加熱的基片上進(jìn)行外延生長的一種技術(shù)。 主要方法有： 真空蒸發(fā)（ Vacuum evaporation） 真空蒸發(fā)鍍膜，這是制備薄膜最一般的方法。 物理氣相沉積 (physical vapor deposition ) 利用熱蒸發(fā)源材料或電子束、激光束轟擊靶材等方式產(chǎn)生氣相物質(zhì)，在真空中向基片表面沉積形成薄膜的過程稱為物理氣相沉積。真空蒸發(fā)法所采用的設(shè)備根據(jù)其使用目的，可能有很大差別，從最簡單的電阻加熱蒸鍍裝置到極為復(fù)雜的分子束外延設(shè)備，都屬于真空蒸發(fā)沉積裝置的范疇。在原子射出的方向上放上基片，就可在基片上形成一層薄膜，這種制備薄膜的方法叫做濺射法。例如，在各種濺射方法中可以結(jié)合不同的施加偏壓的方法。 在實(shí)際應(yīng)用中，多使用波長位于紫外波段的脈沖激光器作為蒸發(fā)的光源，如波長為 248nm、脈沖寬度為 20ns的 KrF準(zhǔn)分子激光等。 ? Chemical vapor deposition (CVD) is a chemical process often used in the semiconductor industry for the deposition of thin films of various materials. ?化學(xué)氣相反應(yīng)按激發(fā)源的不同可分為光化學(xué)氣相沉積（ photoCVD）、熱化學(xué)氣相沉積(hot wireCVD)和等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)等。 （ a）按沉積溫度可分為： 低溫（ 200~500℃ ）：主要用于基片或襯底溫度不宜在高溫下進(jìn)行沉積的某些場合，如沉積平面硅和 MOS集成電路的純化膜。 ? 主要優(yōu)點(diǎn)是： ①高的沉積速率； ②能保證正確的化學(xué)計量比，易形成單一結(jié)晶結(jié)構(gòu)； ③易形成均勻、大面積薄膜； ④對化學(xué)液相沉積，易進(jìn)行微量、均勻摻雜來改進(jìn)薄膜性能； ⑤低成本設(shè)備購置與維修。每種蒸發(fā)物質(zhì)在不同溫度時有不相同的飽和蒸汽壓；蒸發(fā)化合物時，其組分之間發(fā)生反應(yīng)，其中有些組分以氣態(tài)或蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)空間。 由于基板溫度遠(yuǎn)低于蒸發(fā)源溫度，因此，淀積物分子在基板表面將直接發(fā)生從氣相到固相的相轉(zhuǎn)變。因此，必須將蒸發(fā)材料加熱到很高的蒸發(fā)溫度。 蒸發(fā)源材料 熔點(diǎn) /℃ 平衡溫度 蒸氣壓在1 106Pa 蒸氣壓在1 103Pa 鎢（ W） 3410 2117 2567 鉭（ Ta） 2996 1957 2407 鉬（ Mo） 2617 1592 1957 鈮（ Nb） 2468 1762 2127 鉑（ Pt） 1772 1292 1612 （ 1）常用蒸發(fā)源 /蒸發(fā)加熱裝置材料及其特性 電阻加熱蒸發(fā) 常用的電阻加熱蒸發(fā)法是將待蒸發(fā)材料放置在電阻加熱裝置中，通過電路中的電阻加熱給待沉積材料提供蒸發(fā)熱使其汽化。 （ 3）電阻加熱裝置熱蒸發(fā)特性 低壓大電流使高熔點(diǎn)金屬制成的蒸發(fā)源產(chǎn)生焦耳熱，使蒸發(fā)源中承載的膜料汽化或升華。 支撐材料的形狀主要取決于蒸發(fā)物 電子束加熱源 ? 電阻加熱裝置的缺點(diǎn)之一是來自坩堝、加熱元件以