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LOGO第12章物理淀积：蒸发和溅射学院：华北光电技术研究所学生：张天华学号：2520110003一台简单的扩散泵蒸发台第一部分：蒸发淀积升华和蒸发当样品温度升高，材料会经历典型的固相，液相到气相的变化。任何温度下，材料上都存在蒸气，平衡蒸气压为Pe。样品温度低于熔化温度时，产生蒸气的过程称为升华；样品熔化时，称为蒸发。当材料是液相时，蒸气压由下式给出式中σ金属薄膜表面张力，N是阿佛加德罗常数，△Hv是蒸发焓。122312310HNKTepTe淀积速率质量蒸发速率的表达式如果所装材料全部熔化，通常可假定，对流和热传导将保持整个坩锅内材料的温度近似为恒定。若同时假定坩锅开口有恒定面积A，则有离开坩锅的材料和堆积在圆片表面上材料的比值，这个比例常数是从坩锅处看，圆片所对的总立体角部分式中，R是坩锅表面与圆片表面之距离，θ和Ф分别为左与坩锅表面法线和圆片表面法线之间的夹角(见下图)。2kMEeMRpT2kMLeMRpAT2coscoskR为了得到好的均匀性，一种常用的方法是把柑锅和圆片放在同一个球表面上（如上图左）此时可以得到淀积速率正好等于单位面积到达的质量速率除以膜的质量密度（ρ），为实现球形结构，圆片放在一个称为行星转动机构的半球形罩内。由于所有圆片都放置在球面的表面上，不仅淀积以均匀速率进行，而且淀积速率可以在腔内任一点检测出来。coscos2Rr222k4edpAMRTr为了获得最好的均匀性，蒸发器必须在低淀积速率下运行，而且尽管在低速率下运行，为了避免薄膜站污还需要很高的真空。淀积速率通常用石英晶体速率指示仪测量，所用器件是一个谐振器板，它可以在谐振频率下振荡，工作时测量其振荡频率。还可以把淀积厚度的时间速率变化反馈给坩锅的温度控制，以得到恒定的淀积速率。另外，坩锅应用锥形壁构造，以避免当材料消耗时，行星转动部分逐步增大的阴影遮挡效应台阶覆盖台阶是通过绝缘层刻蚀至衬底的接触孔的横断面（~1μm）。这种高差形貌将投射出一定的阴影区，在接触孔的一边，薄膜通常是不连续的改进台阶覆盖一种常用的改进台阶覆盖的方法是在蒸发过程中旋转圆片，为此，蒸发台内用于承载圆片的的半球形夹具，被设计成能使圆片环绕蒸发器顶部转动。第二种改善台阶覆盖的方法是加热圆片，为此，许多蒸发台在行星机构后面加装了一组红外灯或低强度难熔金属加热线圈。到达圆片的原子在它们化学成键成为生长薄膜的一部分前，能沿表面扩散。由于阴影缘故形成浓度梯度时，这种随机运动会导致原子的净移动，使之进入淀积速率低的区域。蒸发系统:坩锅加热技术有三种类型坩锅加热系统:电阻、电感和电子束系统。如果要蒸发难熔金属，常常没有合用的电阻加热元件。一种可以达到中等材料温度的方法是应用电感加热坩锅。但是坩锅本身材料的玷污仍是一个严重问题。可以用只加热材料而冷却坩锅的方法来避免这种影响，常用方法是电子束蒸发。多组分薄膜溅射简介溅射是微电了制造中，不用蒸发而进行金属膜淀积的主要替代方法。第一次发现溅射现象是在1852年，世纪20年代发展成为一种薄膜淀积技术溅射的台阶覆盖比蒸发好，辐射缺陷远少于电子束蒸发，在制作复合材料膜和合金时性能更好，这些优点使得溅射金属淀积技术成为大多数硅基.工艺的最佳选择。溅射物理淀积速率：溅射产额溅射的淀积速率由射向靶的离子流量、一个入射离子能够打出一个靶原子的概率和溅射材料通过等离子体向衬底的输运等决定。溅射产额S是从靶上发出的靶原子数与射到靶上的离子数之比。它由离子质量、离子能量、靶原子质量和靶的结晶性决定。对于不同材料，溅射产额与垂直入射氢离子的离子能量之函数关系溅射产额对角度的依赖性与靶材料及入射离子的能量密切相关。高密度等离子溅射在等离矛体内加上一个磁场，使得电子绕磁力线方向作螺旋运动。如果系统采用固定磁棒，此工艺称为磁控溅射。轨道运动的半径由下式给出电子的轨道运动增加了它们与中性原子碰撞而产生离子的概率，增加的离子密度减小了CrookeI暗这，增加了靶的离子轰击率。mvrBq平面和圆柱形磁控溅射系统。T:靶，P:等离了体，SM:螺旋管，M:磁铁，E:电场，B:磁场形貌和台阶覆盖在大多数溅射工艺中腔体的压力都较高，溅射出的原子在达到圆片表面前会发生多次碰撞，结果，圆片表面的淀积速率将由片上该点处所对的等离子体的立体角决定。一旦它们达到圆片表面，被表面吸附的这些原子将沿着表面扩散，直至所形成的核达到临界尺寸。当稳定的核形成后，它们捕获更多的吸附原子而形成岛状区域。如果表面迁移率高，厚度又很薄，这些岛会合并起来，形成平滑的连续薄膜。与蒸发薄膜比较，即使低温溅射的薄膜，也有较好的台阶覆盖，其原因是有较高的压力和较高的淀积原子的入射能量。进行衬底加热，圆片的电极通常一边被电阻加热，可以增强表面扩散作用，从而显著地改善台阶覆盖溅射时改进台阶覆盖的第二种方法是，在圆片上加RF偏压，如果偏压足够大，圆片将被高能离子轰击，这将有助于溅射材料一的冉淀积，可在一定程度上改善台阶覆盖。强迫填充技术特意使溅射薄膜在接触孔顶拐角处产生明显的尖端，当淀积继续进行时，淀积发生在接触孔覆盖膜的顶面，阻断了任何向接触孔内的淀积，这样就把低压的溅射气体密封于接触孔内部的空洞内。然后力容器中，被加热和加压到几个大气压，这样会加压力于密封接触孔的金属桥顶面，如果压力超过加热金属的抗曲弦度，密封层就会塌陷下去，推动金属向下进入接触孔。小结蒸发是一种超高真空技术，用于薄膜淀积。要蒸发的材料在坩埚内加热，材料蒸气以直线形式走向衬底。坩埚加热可用电阻，感应或电子束方法，后一种技术对需要很高温度的淀积材料特别有用。溅射是另一种纯物理工艺，它应用辉光放电从靶上移走材料，发射出的材料向硅片表面扩散，并且被收集在表面。与蒸发相比，溅射的主要优点是改善了台阶覆盖和容易淀积合金和化合物。谢谢！