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薄膜沉積

日期:2024-07-20 01:21
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摘要:在基片上沉積各種材料的薄膜是微納加工的重要手段之一,主要方法有化學(xué)氣相沉積、蒸發(fā)、濺射等。平臺現有多臺薄膜沉積設備
在基片上沉積各種材料的薄膜是微納加工的重要手段之一,主要方法有化學(xué)氣相沉積、蒸發(fā)、濺射等。平臺現有多臺薄膜沉積設備,包括:沉積介質(zhì)薄膜的等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統(PECVD)和低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)爐管;沉積金屬、磁性材料和化合物等多樣材料的電子束蒸發(fā)鍍膜設備和多靶磁控濺射鍍膜系統。

薄膜沉積厚度范圍從納米級到微米級。

liqi相沉積(PVD)是指在真空狀態(tài)下,加熱源材料,使原子或分子從源材料表面逸出從而在襯底上生長(cháng)薄膜的方法。物liqi相沉積的主要方法有,真空電子束或電阻蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍膜,及分子束外延等。AEMD的電子束蒸發(fā)系統和濺射系統都屬于物**相沉積。

化學(xué)氣相沉積(CVD)是使氣態(tài)物質(zhì)在固體的表面上發(fā)生化學(xué)反應并在該表面上沉積,形成穩定的固態(tài)薄膜的過(guò)程。主要分為四個(gè)重要的階段:1、反應氣體向基體表面擴散;2、反應氣體吸附于基體表面;3、在基體表面上產(chǎn)生的氣相副產(chǎn)物脫離表面;4、留下的反應物形成覆層。采用等離子和激光輔助等技術(shù)可以顯著(zhù)地促進(jìn)化學(xué)反應,使沉積可在較低的溫度下進(jìn)行。

原子層沉積(ALD)是一種可以將物質(zhì)以單原子膜形式一層一層的鍍在基底表面的方法。原子層沉積與普通的化學(xué)沉積有相似之處。但在原子層沉積過(guò)程中,新一層原子膜的化學(xué)反應是直接與之前一層相關(guān)聯(lián)的,使這種方式每次反應只沉積一層原子。

表1.各種薄膜沉積方式的優(yōu)劣對比

項目 原子層沉積(ALD) 物liqi相沉積(PVD) 化學(xué)氣相沉積(CVD) 低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD爐管)
沉積原理   表面反應-沉積   蒸發(fā)-凝固   氣相反應-沉積   低壓化學(xué)氣相沉積(爐管式)
沉積過(guò)程   層狀生長(cháng)   形核長(cháng)大   形核長(cháng)大   形核長(cháng)大
臺階覆蓋力   優(yōu)良   一般   好   好
沉積速率   慢   快   快 較慢
沉積溫度   低   低   高 更高
沉積層均勻性   youxiu   一般   較好 更好
厚度控制   反應循環(huán)數   沉積時(shí)間   沉積時(shí)間,氣相分壓 沉積時(shí)間,氣體比
成分   均勻雜質(zhì)少   無(wú)雜質(zhì)   易含雜質(zhì) 無(wú)雜質(zhì)
表2. 薄膜沉積設備概況

沉積材料 薄膜沉積設備 特點(diǎn) 工藝溫度
氧化硅
氮化硅
氮氧化硅
等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統 PECVD, 高溫 300-400℃
電感耦合等離子體化學(xué)氣相沉積設備 ICPCVD, 低溫沉積二氧化硅,氮化硅薄膜 <70℃或<300℃
電子束蒸發(fā)鍍膜設備(E-Gun) 可實(shí)現+/-45度的斜角蒸發(fā)。 RT-200℃
多靶磁控濺射鍍膜系統 氧化硅
可實(shí)現原位基片清洗、多層復合薄膜、多靶共濺復合薄膜沉積;
RT-60℃
等離子體增強原子層沉積設備 沉積多種超薄高保形性、高臺階覆蓋能力的介質(zhì)薄膜材料,如金屬氧化物,厚度可實(shí)現原子層的控制(1 atom-layer/cycle)。 室溫?500°C
臥式氧化擴散爐管(WDFSOXD03) 1. 高品質(zhì)氧化硅的干氧氧化;
2. 超厚氧化硅的濕氧氧化。
1100℃
臥式低壓化學(xué)氣相沉積爐管(WDFSLPF02) 1. 高品質(zhì)氮化硅(Si3N4)薄膜沉積; 2. 高品質(zhì)低應力氮化硅(Si3N4)薄膜沉積; 3. 氮氧化硅薄膜沉積。 750℃
金屬薄膜 電子束蒸發(fā)鍍膜設備(E-Gun) 可實(shí)現+/-45度的斜角蒸發(fā)。 22℃-200℃
多靶磁控濺射鍍膜系統 1. 多種金屬
2. 可實(shí)現原位基片清洗、多層復合薄膜、多靶共濺復合薄膜沉積;
3. 原位基片加熱(250℃)。
22℃—60℃
超高真空濺射系統 磁性材料濺射需與平臺聯(lián)系確認。 烘烤溫度≤300℃
離子束濺射系統 1. 沉積各類(lèi)金屬薄膜;
2. 磁性材料沉積需與平臺聯(lián)系確認。
靶面溫度≤100℃,
臺面溫度5℃-25℃
電子束蒸發(fā)系統 蒸鍍鋁、銅、銀、鉭等薄膜, 烘烤溫度≤300℃
器件實(shí)驗制備系統 金屬Al的蒸鍍 烘烤溫度≤200℃
非晶硅
多晶硅
等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統 非晶硅沉積 300-400℃
臥式低壓化學(xué)氣相沉積爐管(WDFSLPF01) 1. 高品質(zhì)非晶硅或多晶硅沉積;
2. 非晶硅及多晶硅沉積時(shí)的同步N型摻雜。
530℃
金屬氧化物
金屬氮化物
氧化物半導體薄膜
多靶磁控濺射鍍膜系統 1. 可實(shí)現原位基片清洗、多層復合薄膜、多靶共濺復合薄膜沉積;
2. 原位金屬氧化與氮化薄膜沉積;
3. 原位基片加熱(250℃)。
22℃—60℃
等離子體增強原子層沉積設備 沉積多種超薄高保形性、高臺階覆蓋能力的介質(zhì)薄膜材料,厚度可實(shí)現原子層的控制(1 atom-layer/cycle)。沉積較慢,厚膜需要較長(cháng)時(shí)間。 室溫?500°C
全自動(dòng)多靶濺鍍系統 以氧化物半導體薄膜為主 基板加熱系統:≤300℃
表3. 金屬薄膜沉積能力概況


Au
Al Cu Ni Cr Pt Sn Ge Ti Ta Mo W Ag Pd
等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統
電感耦合等離子體化學(xué)氣相沉積設備
電子束蒸發(fā)鍍膜設備
多靶磁控濺射鍍膜系統
等離子增強原子層沉積設備
超高真空濺射機
離子束濺射系統
全自動(dòng)多靶磁控濺射儀
電子束蒸發(fā)系統
器件實(shí)驗制備系統


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