IC制作中的薄膜及薄膜加工——PVD法在线视频

那么下边的话我就讲

这种各种膜层是如何实现的

就是说在IC制作中

薄膜及薄膜的加工方法

首先讲PVD法

PVD法我们讲真空蒸镀

常用的真空蒸镀

真空蒸镀我们知道

薄膜沉积的过程

我也讲过有三大基本条件

哪三大基本条件

热的蒸发源冷的基板

和一个真空的环境

热的蒸发源冷的基板

和一个真空的环境

这三个条件缺一不可

为什么要用热的蒸发源

热的蒸发源顾名思义要加热

一加热把待镀的金属

待镀的镀料给它蒸发了

一蒸发了以后

靠它的蒸汽压就可以出来了

为什么要用冷的基板

因为冷的基板相对冷的基板

如果基板的温度跟你蒸发源一样

它就沉积不上东西

相对蒸发源是冷的

就可以沉积在基板上

为什么要真空环境

真空环境有三条

第一条你蒸发的过程当中

如果不是真空环境你源就氧化了

你第二条如果是没有真空环境

你被蒸发了

原子或者原子团

在运行过程当中就氧化了

第三条从被沉积的金属来讲

那么你如果是真空度不高

那你被沉积的东西就不是金属了

而是什么一氧化物了

或者氮化物其他的东西

所以必须有三个条件

第一是热的蒸发源

第二是冷的基板

第三条是一个真空的环境

我们说对于我们集成电路

所用的真空蒸镀

对于铝这种金属大部分用这种

可以用真空蒸镀法

真空蒸镀法是你看这种蒸发源

四种蒸发源

螺旋蒸发源锥状蒸发源

这是薄状和板状蒸发源

直接加热的间接加热的等等

把那些铝丝绕在上边一加热

它就熔化了

一熔化就浸润在上边了

它就蒸发出来了

实际上的话我们在集成电路

或者其他里用得比较多的

是电子束蒸发源电子束蒸发源

电子束蒸发源

就是说由钨丝发出来的

钼丝或者钨丝发出来的电子束

受电场加速

电场加速打在

水冷坩埚的表面

经过聚焦偏转聚焦打在这表面

靠电子流带的能量

使局部蒸发

注意坩埚是水冷的

因此只有这部分被蒸发出来

那么这部分电子束蒸发源的特点

是什么

它可以制作纯度很高的金属膜

电阻蒸发源就有些问题

问题是什么

一浸润加热丝可能沾污镀料

出来的那金属纯度就不是很高

另外它也不可能蒸镀

那个温度

高于1400度以上的这种材料

而电子束蒸发源

它就有特点可以蒸镀

原则上讲各种金属都可以用

电子束蒸发源蒸发

而且由于它是水冷铜坩埚

坩埚不沾污镀料

只要镀料本身纯度很高的话

经过电子束蒸发

而且真空镀比较高的话

出来的膜层

沉积的膜层一定是水平比较高的

有得比较多的就是这种所谓的

一个是电阻蒸发源

用得更多是电子束蒸发源

那么我们平常用的溅射

早期的溅射是直流二极溅射

直流二极溅射

首先它是个溅射

它是个直流的是个二极的

为什么叫做二极溅射

就是说你在靶上

注意在靶上加的是负电压

加的是负电压

那么沉积的基体

注意靶上加的是负电压

这里边要产生一等离子体

等离子体加上电压以后

它发电产生等离子体

等离子体一般里边加的是氩气

氩气它经过电子碰撞以后又电离

电离变成正离子

正离子就轰击靶的表面

是靶的表面的原子

被溅射下来沉积在极片上

这就是典型的二极溅射二极溅射

首先它还进气

进气以后产生氩离子

氩离子轰击靶的表面

就沉积下来

一般的二极溅射用得不是很多

为什么不是用得很多

因为它一放电

需要很高的电压

电压到几千伏

几千伏然后的话

它的它轰击

它产生的热量很大靶的热量很大

然后的话基板的热量也很高

而且溅射速率并不是很高

因此这一般的二极溅射

用得不是很多

那么现在的溅射镀膜所用的

一般的都是磁控溅射磁控溅射

什么叫做磁控溅射

就是在靶上做文章靶上做文章

在靶的背面放置了磁场

靶的背面放置了磁场

注意看这是靶

靶的背面是磁场

靶的背面是磁场比方说

里边是S极外边是N极

都在靶的背面是磁场

注意靶的下面都是磁场

是磁场的话注意在靶的表面上

电子

磁力线从N极到S极

从N极到S极从N极到S极

都是从N极到S极

也就是磁力线

从外边到里边从外边到里边

因此在靶的表面

在局部上的话就有平行的磁场

平行于靶的表面平行于磁场

平行于表面有磁场

有磁场有磁场有磁场有磁场

那么注意它

它形成了一个

像我们操场里面跑道的样子

靶上所加的是负电压

注意电场是

垂直于靶的表面

磁场是平行于靶的表面上

在跑道的周围

我再强调一遍

电场是垂直于靶的表面

靶加的是负极

磁场是平行于表面的

在靶的表面

就会形成了一个

互相垂直的电磁场

互相垂直的电磁场

我们知道入射的离子

再打表面以后

打在表面上会产生各种效应

会产生各种效应

最直接的效应

当能量比较高的时候

注入到里边去产生缺陷

发热注入这是

它能量比较高的时候

那么如果能量不是很高的时候

你比方说

它入射到金属到表面上来

本身它可能变成被散射回去了

也可能得到电子的话

变成中性的原子

这是对于从入射离子方面考虑

注意我们说离子

靶上出来这些东西考虑

从三方面考虑

第一个方面考虑

从入射离子本身考虑

另外的话从靶的表面考虑

第三从靶上出来这些东西考虑

你看分这么三个区域

第一个是入射离子的

第二个的话是靶的表面的

第三产生的这些效应的这些

我们刚才讲了

从这靶的表面上的话

可以产生缺陷

它被加热产生晶体学变化

产生结构损伤

甚至入射离子

根据入射离子的能量不同了

从这入射离子跟表面相互作用

可能被散射回去了

可能变成中性原子跑回来了

但是我们最关心的是什么

对于溅射镀膜来讲

我们最关心的是入射离子

打到表面上来会产生很多效应

产生哪些效应

二次电子发射

被溅射的原子或者是分子

也可能产生正离子负离子

产生光线产生

吸附气体的放出

吸附气体的分解放出

什么溅射原子的返回等等

我们对溅射镀膜最关心的是两条

第一条是产生电子发射

第二条的话是溅射原子

原子溅射出来

沉积在表面上就是膜层

我们磁控溅射刚才讲了

是在靶的表面上

设置互相垂直的电磁场

那么我们知道经过溅射

靶表面会产生二次电子

二次电子受这种

互相垂直的电磁场的约束作用

它会在靶的表面上

产生一个所谓的圆滚线运动

就是圆滚线运动

注意圆滚线好圆滚线圆滚线运动

就说电子就在表面上

像一个运动员

沿着跑道运动起来

注意电子的能量的话

大概是100

100电子伏左右

好

我们先看看这电子

二次电子的话被

表面互相垂直的电磁场约束住

在表面上做这种圆滚线运动

注意我们在溅射过程当中的话

还会产生溅射原子

溅射原子出来以后

受到二次电子的碰撞

注意它电子能量

是100电子伏左右

很容易使什么

被溅射出来的原子发生电离

发生电离以后

这边加的是负电位

它带的是正离子

它会加速奔向什么

加速的奔向靶的表面

加速靶的表面的话

就会把这些原子

溅射出来溅射出来

由于磁控溅射有效的控制了

靶表面上的二次电子

通过什么

通过互相垂直的电磁场

因此使被溅射出来的原子

甚至气氛当中的氩很容易被电离

电离了以后

再轰击到靶的表面上去

使大量的原子又被溅射出来

溅射出来以后的话

又是被电子碰撞使它电离

那么因此溅射速率可以提高很多

比普通的二极溅射

提高几个数量级

同时靶的表面温度

和衬底的表面温度都大大的下降

因此磁控溅射是一种高效的

低温的一种溅射过程

因此现在的镀膜绝大部分

用的是磁控溅射用的是磁控溅射

我们讲磁控溅射

这已是工业上

普遍应用的一个办法了

弄清楚它磁控溅射的原理是什么

为什么它是高效的

它是低温的一个溅射过程

高效的低温的一个溅射过程

那好了你看看我把讲的

刚才讲的那个通过图

我再重复一遍再重复一遍

注意底下是靶

注意看图

这是磁控溅射的布置图

这是靶这是电磁场

电磁场的话从N极到S极

表面的话就是有一个

平行于表面的磁场

还有一个电场是垂直于表面的

在表面上的话

又互相垂直的电磁场了

那么我控制得谁

通过互相垂直电磁场

控制二次电子

使二次电子

在靶的表面上

做圆滚线运动

使被溅射出来的

原子电离高效的电离

电离以后的话

它就再次轰击靶的表面

因此的话就是高效率的高效率的

因为把电离

把电子控制在这个地方

电子不容易轰击阳极

因此阳极跟靶的表面

都会温度是比较低的

温度比较低的

注意靶表面接的是负电压

接的是负电压

这个是平面磁控溅射的

源布置图我指的是源

因为这个本身是系统的

我指的源

源就是指的这一部分

你们看看这是N极这是N极这是S极

磁场是从这个方向到这个方向

电场是垂直向下的

表面有一个互相垂直的电磁场

这样电子的话就会在这表面

以圆滚线的形式运动

圆滚线的形式运动

这样的话就可以做到

高效率的低温的低损伤的

高效低温低损伤的溅射过程

现在用的都是什么

都是这种磁控溅射