某科技有限公司鍍膜工藝課件

1、鍍膜工藝北京亞科晨旭科技有限公司2015年12月基本概念真空等離子體真空1.真空的定義真空的定義 真空的含義是指在給定的空間內(nèi)低于一個(gè)大氣壓力的氣體狀態(tài)，是一種物理現(xiàn)象。2.真空的計(jì)量單位真空的計(jì)量單位 真空度的高低可以用多個(gè)參量來度量，最常用的有“真空度”和“壓強(qiáng)”單位 Pa 1Pa=1N/=7.5*10-3Torr1mmHg=1Torr=133Pa1Bar=1Kg /c=1000mBar1Bar=1大氣壓=0.1MPa1mBar=100Pa3.真空區(qū)域的劃分真空區(qū)域的劃分 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為：1.0131.013105Pa105Pa（帕斯卡），等于760mmhg（毫米汞（水銀）柱低真空低真空10

2、5Pa 102Pa中真空102Pa 10-1Pa高真空10-1Pa 10-5Pa超高真空10-5Pa4.如何產(chǎn)生真空如何產(chǎn)生真空“抽抽”各種泵的理論能力各種泵的理論能力極限真空度油封機(jī)械泵10-1Pa擴(kuò)散泵10-2Pa吸附泵10-1Pa濺射離子泵10-3Pa低溫冷凝泵10-9Pa渦輪分子泵10-8Pa復(fù)合渦輪泵10-8Pa干式機(jī)械泵10-1Pa5.使用真空的目的使用真空的目的物理性： 分子數(shù)目少，壓力低與大氣壓造成的壓力差 分子密度小氣體稀薄 氣體分子平均自由徑長，相互碰撞頻率少，減少表面污染化學(xué)性： 造就一個(gè)非活躍性空間，避免不必要的污染 電子與離子伴隨的化學(xué)反應(yīng)，在大氣壓下無法發(fā)生，在真空

3、狀態(tài)下成為可能等離子體等離子體1.1.什么是等離子體什么是等離子體 在一定條件下氣體電離出的自由電子總的負(fù)電量與正離子總的正電量相等這種高度電離的、宏觀上呈中性的氣體叫等離子體。 電離產(chǎn)生的等離子體往往包含離子、電子、激發(fā)狀態(tài)的原子、分子、分子分解而成的活性基、各種分子簇這些粒子在等離子體中相互碰撞。等離子為物質(zhì)的第四種形態(tài)（氣體，液體，固體）2.2.常見的等離子體常見的等離子體 日常生活中遇到的閃電和極光，太陽，日光燈等都是等離子體 3.3. 等離子體的產(chǎn)生等離子體的產(chǎn)生 放 電 直 流 放 電 低 頻 放 電 高 頻 放 電 微 波 放 電 感 應(yīng) 放 電 宇 宙 天 體 上 層 大 氣

4、真 空 紫 外 光 激 光 等等 離離 子子 體體 沖 擊 波 輝 光 下 游 的 利 用 場 致 電 離 放 射 線 放 射 性 同 位 素 X射線 粒 子 加 速 器 反應(yīng)堆 燃 燒 4.4.氣體分子數(shù)與離化幾率的關(guān)系氣體分子數(shù)與離化幾率的關(guān)系 e e e e 高真空高真空壓強(qiáng)壓強(qiáng) 1Pa 1Pa分壓分壓1Pa 1Pa 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 1000Pa 1000Pa大氣壓大氣壓壓強(qiáng)壓強(qiáng) Pa5.5. 等離子體的特點(diǎn)等離子體的特點(diǎn)普通氣體普通氣體等離子體等離子體沒有空間和時(shí)間限度沒有空間和時(shí)間限度等離子體的存在具有特征的空間和時(shí)間限度等離子體的存在具有特征的空間和時(shí)間限度由電中性的分子或原子組成由電中

5、性的分子或原子組成是帶電粒子和中性粒子組成的集合體是帶電粒子和中性粒子組成的集合體不導(dǎo)電流體不導(dǎo)電流體具有很高的電導(dǎo)率，而又能在與氣體體積相比擬具有很高的電導(dǎo)率，而又能在與氣體體積相比擬的宏觀尺度內(nèi)維持電中性的宏觀尺度內(nèi)維持電中性做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)有三種運(yùn)動(dòng)形式熱運(yùn)動(dòng)，在電磁場作用下的有三種運(yùn)動(dòng)形式熱運(yùn)動(dòng)，在電磁場作用下的遷移運(yùn)動(dòng)和沿帶電粒子濃度遞減方向的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)遷移運(yùn)動(dòng)和沿帶電粒子濃度遞減方向的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)分子的運(yùn)動(dòng)不受電磁場的影響分子的運(yùn)動(dòng)不受電磁場的影響粒子運(yùn)動(dòng)受到電磁場的影響和支配粒子運(yùn)動(dòng)受到電磁場的影響和支配反應(yīng)活性相對(duì)較小反應(yīng)活性相對(duì)較小富集的離子、電子、激發(fā)態(tài)的原子、分

6、子及自由富集的離子、電子、激發(fā)態(tài)的原子、分子及自由基具反應(yīng)活性基具反應(yīng)活性固、液、氣三種基本形式之一固、液、氣三種基本形式之一新的聚集狀態(tài)物質(zhì)第四態(tài)新的聚集狀態(tài)物質(zhì)第四態(tài)6.6. 等離子體在半導(dǎo)體中的應(yīng)用等離子體在半導(dǎo)體中的應(yīng)用 物理成膜物理成膜熱蒸發(fā)熱蒸發(fā)濺射濺射電阻絲加熱電阻絲加熱石英坩堝加熱石英坩堝加熱電子束加熱電子束加熱直流二極濺射直流二極濺射射頻濺射射頻濺射磁控濺射磁控濺射離子鍍離子鍍高頻感應(yīng)蒸發(fā)高頻感應(yīng)蒸發(fā)三極和四極濺射三極和四極濺射零氣壓濺射零氣壓濺射自濺射自濺射直流二極型直流二極型射頻放電離子鍍射頻放電離子鍍電弧放電型高真空電弧放電型高真空離子束濺射離子束濺射分子束外延分子束外

7、延MBE脈沖激光沉積脈沖激光沉積PLD1. 蒸鍍沉積過程蒸鍍沉積過程1)1)蒸發(fā)或升華。蒸發(fā)或升華。通過一定加熱方式通過一定加熱方式使被蒸發(fā)材料受熱蒸發(fā)或升華，由使被蒸發(fā)材料受熱蒸發(fā)或升華，由固態(tài)或液態(tài)變成氣態(tài)。固態(tài)或液態(tài)變成氣態(tài)。2)2)輸運(yùn)到襯底。輸運(yùn)到襯底。氣態(tài)原子或分子在氣態(tài)原子或分子在真空狀態(tài)及一定蒸氣壓條件下由蒸真空狀態(tài)及一定蒸氣壓條件下由蒸發(fā)源輸運(yùn)到襯底。發(fā)源輸運(yùn)到襯底。3)3)吸附、成核與生長。吸附、成核與生長。通過粒子對(duì)通過粒子對(duì)襯底表面的襯底表面的碰撞碰撞，襯底表面，襯底表面對(duì)粒子對(duì)粒子的吸附的吸附以及在以及在表面的遷移表面的遷移完成完成成核成核與生長與生長過程。是一個(gè)以能

8、量轉(zhuǎn)換為過程。是一個(gè)以能量轉(zhuǎn)換為主的過程。主的過程。 第一章第一章 蒸鍍蒸鍍2. 蒸鍍蒸鍍熱蒸鍍主要應(yīng)用在對(duì)附著力要求不高，可快速大量生產(chǎn)。其中的電子束蒸鍍是阻熱蒸鍍的升級(jí)版，由于是直接電子束加熱靶材表面，因此可以避免坩鍋本身對(duì)薄膜成分的影響，但是設(shè)備比較復(fù)雜真空蒸發(fā)鍍膜原理 電子束蒸發(fā)鍍膜原理 1.濺射鍍膜濺射鍍膜 在某一溫度下,如果固體或液體受到適當(dāng)?shù)母吣茈x子的轟擊,那么固體或液體中的原子通過碰撞有可能獲得足夠的能量從表面逃逸,這一將原子從表面發(fā)射的方式叫濺射.濺射是指具有足夠高能量的粒子轟擊固體表面使其中的原子發(fā)射出來。第二章第二章 濺射鍍膜濺射鍍膜磁控濺射是在濺射鍍膜的基礎(chǔ)上增加磁性偏

9、轉(zhuǎn)，增加束縛電子運(yùn)動(dòng)路徑，提高氣體的離化率，實(shí)現(xiàn)濺射鍍膜效率的提高主要應(yīng)用在制備高附著力、同時(shí)對(duì)輕微原子損傷無要求的膜2.普通濺射和磁控濺射原理普通濺射和磁控濺射原理濺射鍍膜原理 磁控濺射原理 濺射途徑由主要靠等離子體濺射轉(zhuǎn)為主要靠外加離子束來濺射，因此可以避免由于電子附著基材，造成基材的高溫由于需要高真空，所以沉積的膜較等離子濺射鍍膜更純?？梢詰?yīng)用在制備膜成分控制力強(qiáng)（高純度、多元化），多層次，重復(fù)性好適用與各種薄膜的沉積。3.離子束濺射離子束濺射離子束濺射原理 脈沖激光光束聚焦在固體靶面上，激光超強(qiáng)的功率使得靶物質(zhì)快速等離子化，然后濺鍍到目標(biāo)物上。4.脈沖激光沉積脈沖激光沉積PLD特點(diǎn)：真

10、空室簡化，脈沖激光器在真空室外應(yīng)用：制備高熔點(diǎn)、高純度、沉積速率快簡介離子鍍簡介離子鍍 真空蒸發(fā)與濺射結(jié)合的鍍膜技術(shù)，在鍍膜的同時(shí)，采用帶能離子轟擊基片表面和膜層，使鍍膜與離子轟擊改性同時(shí)進(jìn)行的鍍膜技術(shù)。即利用氣體放電產(chǎn)生等離子體，同時(shí)，將膜層材料蒸發(fā)，一部分物質(zhì)被離化，在電場作用下轟擊襯底表面（清洗襯底），一部分變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的中性粒子，沉積于襯底表面成膜（剝離效果需小于沉積效果） 應(yīng)用：制備高附著力、高純度、繞射性好的膜，制備速度快可以鍍較厚的薄膜第三章第三章 離子鍍離子鍍簡介分子束外延簡介分子束外延MBE在超高真空環(huán)境下，使具有一定熱能的一種或多種分子（原子）束流噴射到晶體襯底，在襯底表面發(fā)

11、生反應(yīng)的過程，由于分子在“飛行”過程中幾乎與環(huán)境氣體無碰撞，以分子束的形式射向襯底，進(jìn)行外延生長，故此得名 應(yīng)用：外延生長原子級(jí)精確控制的超薄多層二維結(jié)構(gòu)材料和器件（超晶格、量子阱、調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)、量子阱激光器、高電子遷移率晶體管等）；結(jié)合其他工藝，還可制備一維和零維的納米材料（量子線、量子點(diǎn)等）第四章第四章 分子束外延分子束外延MBEMBE特點(diǎn)：速度最慢，但是有著精確膜控能力鍍膜方式的對(duì)比鍍膜方式的對(duì)比熱蒸鍍熱蒸鍍電子束蒸電子束蒸鍍鍍離子濺射離子濺射磁控濺射磁控濺射離子鍍離子鍍激光脈沖激光脈沖沉積沉積分子束外分子束外延延MBE優(yōu)點(diǎn)設(shè)備簡單，沉膜速度快直接加熱，效率高，能量密度大，蒸發(fā)高熔點(diǎn)材

12、料，避免坩堝本身對(duì)薄膜的污染附著力強(qiáng)，任何材料都可以，任何物質(zhì)均可以濺射 ，附著性強(qiáng)，重復(fù)性好鍍膜范圍廣，附著性好，純度高，能在復(fù)雜圖形上鍍，成膜速度高可蒸鍍高熔點(diǎn)材料，加熱源在真空室外，簡化真空室，非接觸式加熱，無污染可嚴(yán)格控制生長速率以及膜成分，極好的膜厚控制性，缺點(diǎn)不容易形成結(jié)晶膜，附著力差，重復(fù)性差裝置復(fù)雜，殘余氣體和部分蒸汽電離對(duì)薄膜性能有影響附著力較差不能沉積大面積均勻的膜，設(shè)備復(fù)雜，運(yùn)行成本高設(shè)備需要高壓，設(shè)備復(fù)雜沉膜速度較蒸鍍慢，受到離子攻擊膜會(huì)有缺陷，受到離子攻擊膜會(huì)有缺陷，受離子和電子攻擊基材需加冷卻裝置，離子污染費(fèi)用高不適合厚膜生長，以及大量生產(chǎn)第五章第五章 小結(jié)小結(jié)化學(xué)

13、沉積 化學(xué)合成方法化學(xué)合成方法化學(xué)氣相化學(xué)氣相沉積沉積CVDCVD熱氧化熱氧化電鍍電鍍其他其他等離子體等離子體PECVD低壓化學(xué)氣相沉積低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD有機(jī)金屬有機(jī)金屬M(fèi)OCVD金屬金屬CVD低介電常數(shù)低介電常數(shù)CVD常壓常壓化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積APCVD溶膠溶膠&凝膠凝膠涂敷涂敷陽極氧化陽極氧化原子層沉積原子層沉積ALD履帶式APCVD裝置 1.1.常壓化學(xué)氣相沉積常壓化學(xué)氣相沉積APCVDAPCVDAPCVD就是在壓力接近常壓下進(jìn)行CVD反應(yīng)的一種沉積方式。特點(diǎn)：不需要昂貴復(fù)雜的設(shè)備，即可高溫快速鍍膜應(yīng)用：對(duì)于膜成分要求不高 可大量生產(chǎn) 例如：鈍化保護(hù)膜化學(xué)氣相沉積化

14、學(xué)氣相沉積LPCVD裝置示意圖2.2.低壓化學(xué)沉積低壓化學(xué)沉積LPCVDLPCVD低壓CVD的設(shè)計(jì)就是將反應(yīng)氣體在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行沉積反應(yīng)時(shí)的操作能力，降低到大約100Torr(1Torr=133.332Pa)一下的一種CVD反應(yīng)特點(diǎn)：低壓下分子平均自由程增加，氣體傳輸速度加快，沉膜速度速度加快，同時(shí)氣體分布的不均勻性在很短時(shí)間內(nèi)可以消除，所以能生長出厚度均勻的薄膜。應(yīng)用：簡單的操作即可在工業(yè)上快速生產(chǎn)均勻性較好膜，例如多晶硅、氮化硅、二氧化硅等3.3.等離子化學(xué)沉積等離子化學(xué)沉積PECVDPECVD在低真空的條件下，利用等離子體，以增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)，從而降低沉積溫度，可以在常溫至350條件下，沉積氮

15、化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅及非晶硅膜等（通常1000左右）。低溫淀積是PECVD的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，淀積的薄膜具有良好的附著性、低針孔密度、良好的階梯覆蓋及電學(xué)特性應(yīng)用：可以鍍純度高性能好的優(yōu)質(zhì)薄膜例如：在鋁上淀積二氧化硅或者氮化硅。 （低熔點(diǎn)基材，高熔點(diǎn)薄膜）PECVDPECVD裝置示意圖裝置示意圖4.4.有機(jī)金屬化學(xué)沉積有機(jī)金屬化學(xué)沉積MOCVDMOCVDMOCVD是常規(guī)CVD技術(shù)的發(fā)展。它與常規(guī)CVD的區(qū)別僅在于使用有機(jī)金屬化合物和氫化物作為原料氣體。應(yīng)用：制備各種各樣的材料（單晶外延膜、多晶膜和非晶態(tài)膜。但最重要的應(yīng)用是族及族半導(dǎo)體化合物材料）特點(diǎn)：MOCVD的主要特點(diǎn)是沉積溫度低，所以也稱中溫CVD，其缺點(diǎn)是沉積速率低、膜中雜質(zhì)多MOCVD裝置5.5.原子層沉積原子層沉積ALDALD通過工藝循環(huán)，分步向真空腔體添加反應(yīng)氣體，逐步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)膜厚度及純度的精確