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薄膜沉积工艺和设备简述

2024-05-15
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摘要 薄膜沉积(Thin Film Deposition)是在基材上沉积一层纳米级的薄膜,再配合蚀刻和抛光等工艺的反复进行,就做出了很多堆叠起来的导电或绝缘层。化学气相沉积和物理气相沉积是实现的主要方法。
薄膜沉积(Thin Film Deposition)它是在基材上沉积一层纳米薄膜,然后通过反复的蚀刻和抛光工艺制作大量堆叠的导电或绝缘层,每层都有设计好的线路图案。这样,半导体元件和线路就集成成成了结构复杂的芯片。化学气相沉积(CVD)化学气相沉积(CVD)衬底表面通过热分解和/或气体化合物的反应形成薄膜。可采用CVD法制作的薄膜层材料包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、硫化物、硒化物、锑化物、金属化合物、合金等。化学气相沉积是目前非常重要的微观制造方法,因为它具有以下特点:1. 沉积物种类多: 可沉积金属膜、非金属膜,也可按要求制备多组分合金膜、陶瓷或化合物层。2. CVD反应在常压或低真空中进行,涂层具有良好的绕射性,可均匀涂覆复杂表面或工件的深孔和细孔。3. 可获得纯度高、致密性好、残余应力小、结晶良好的薄膜涂层。由于反应气体、反应产物和基材的相互扩散,可以获得附着力好的膜层,这对于表面钝化、耐腐蚀、耐磨等表面增强膜非常重要。4. 由于薄膜生长的温度远低于薄膜材料的熔点,因此有必要获得高纯度、完全结晶的膜层。5. 通过调节沉积参数,可以有效地控制化学成分、形状、晶体结构和晶粒度。6. 设备简单,操作维护方便。7. 反应温度过高,一般为850~ 许多基体材料在1100℃下无法承受CVD的高温。等离子体或激光辅助技术可以降低沉积温度。化学气相沉积过程分为三个重要阶段:1、反应气体向基体表面扩散2、反应气体吸附在基体表面3、基体表面化学反应形成固体沉积物,产生的气相副产物脱离基体表面CVD的主要反应过程如下:i). 多晶硅 PolysiliconSiH4 —> Si 2h2 沉积速度(600℃) 100 - 200 nm 磷(磷化氢)可添加/min、硼(二硼烷)或砷气体。沉积后,多晶硅也可与扩散气体混合。沉积后,多晶硅也可与扩散气体混合。ii). 二氧化硅 SiH4Dioxide O2→SiO2 2h2 (300 - 500℃)SiO2用作绝缘体或钝化层。通常添加磷是为了获得更好的电子流动性。当硅存在于氧气中时,SiO2会热生长。氧气来自氧气或水蒸气。9000环境温度要求 ~ 1200℃。氧气和水通过现有的SiO2扩散,并与Si结合形成额外的SiO2。水(蒸汽)比氧气更容易扩散,所以蒸汽的生长速度要快得多。氧化物用于提供绝缘和钝化层,形成晶体管栅极。干氧用于形成栅极和薄氧化层。蒸汽被用来形成厚厚的氧化层。绝缘氧化层通常在1500nm左右,栅极层通常在200nm到500nm之间。iii). 氮化硅 Siicon Nitride3SiH4 4NH3 —> Si3N4 12H2(硅烷) (氨) CVD(氮化物)化学气相沉积 CVD反应器有三种基本类型:◈ 大气化学气相沉积(APCVD: Atmospheric pressure CVD)◈ 低压CVD (LPCVD:Low pressure CVD,LPCVD)◈ 超高真空化学气相沉积(UHVCVD: Ultrahigh vacuum CVD)◈ 激光化学气相沉积(LCVD: Laser CVD,)◈ 金属有机物化学气相沉积(MOCVD:Metal-organic CVD)◈ CVD增强等离子体 (PECVD)物理气相沉积(PVD)在真空下,采用物理方法,使材料来源(固体或液体) 表面材料气化成气体原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)沉积在基体表面具有特殊功能的薄膜。物理气相沉积不仅可以沉积金属膜、合金膜, 化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等也可以沉积。物理气相沉积不仅可以沉积金属膜和合金膜, 化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等也可以沉积。物理气相沉积技术的基本原理可分为三个工艺步骤:(1)涂层气化:即使涂层蒸发、升华或溅射,也通过涂层气化源。(2)镀层原子、分子或离子的迁移:原子、分子或离子由气化源供出,碰撞后发生多种反应。(3)镀层原子、分子或离子沉积在基体上。物理气相沉积技术工艺无污染,耗材少。成膜均匀致密,与基体结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工业、冶金、材料等领域,具有耐磨、耐腐蚀、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特点 。物理气相沉积也有多种工艺方法:◈ 真空蒸度 Thin Film Vacuum Coating◈ 溅射镀膜 PVD-Sputtering◈ 离子镀膜 Ion-Coating
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