半导体器件-半导体工艺介绍-薄膜淀积
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蒸发工艺是最早出现的金属沉积工艺
钨W(Tm=3380℃) 钽Ta(Tm=2980℃) 钼Mo(Tm=2630℃)
热蒸发-几种典型结构
晶振
挡板
蒸发源
电子束蒸发 (E-beam Evaporation Technique)
when V= 10 kV Electron Velocity = 6×104 km/s Temperature ~ 5000-6000 ℃
▪ 主要用于半导体薄膜制备（超薄膜、多层量子结、 超晶格）；
▪ 新一代微波器件和光电子器件的主要技术方法
经典范例——GaAs薄膜的生长
优点
▪ 源和衬底分别进行加热和控制，生长温度 低 ，可形成超精细结构。
▪ 生长速度低，容易在过程中控制，有利于 生长多层异质结构
▪ 是一个动力学过程，可以生长一般热平衡 生长难以得到的晶体 。
▪ Thermal Oxidation (热氧化) ▪ Screen Printing (丝网印刷) ▪ Spin Coating (旋涂法) ▪ Electroplate (电镀) ▪ Molecular Beam Epitaxy (分子束外延)
高真空 环境
<10-3 Pa
热蒸发技术 (Thermal Evaporation Technique)
金属有机化学气相沉积 （Metal organic chemical vapor deposition ）
它是利用有机金属如三甲基镓、三甲基铝等与 特殊气体如砷化氢、磷化氢等，在反应器内进 行化学反应，并使反应物沉积在衬底上， 而得 到薄膜材料的生产技术。
特点：使用有机金属化合物作为反应物。
作为有机化合物原料必须满足的条件：
a）在常温左右较稳定，且容易处理。
b）反应生成的副产物不应妨碍晶体生长，不应污 染生长层。
c）为了适应气相生长，在室温左右应有适当的蒸 气压（≥1Torr）。
原料的优点：
这类化合物在较低的温度即呈气态存在，避免 了液态金属蒸发的复杂过程。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
MOCVD综合评价：
MOCVD设备相对其他设备价格要贵，不光是 设备本身贵而且维护费用也贵。
E-beam Evaporation Machine
溅射技术 (Sputtering)
溅射技术基本原理：在真空腔中两个平板电极中充 有稀薄惰性气体，在施加电压后会使气体电离，离 子在电场的加速下轰击靶材(阴极)，在使靶材上撞 击(溅射)出原子，被撞击出的原子迁移到衬底表面 形成薄膜。
驱动方式： 直流型 DC Diode 射频型 RF Diode 磁场控制型 Magnetron
MOCVD设备还是有很多优势的，一是控制极 为精密，能生产出高质量的材料；二是便于 规模化生产，只要材料研发成功极易转产业 化。所以使用MOCVD设备是很多高校和科研 单位的首选。
存在问题
▪ 设备复杂、投资大、外延生长速度慢、经 济效益差。
▪ 对晶体平滑度、稳定性和纯度等参数要过 严格，缺陷和杂质会导致外延膜表面缺陷 密度大。
▪ 尽管已广泛用于多种新型半导体器件制备， 但其原子级生长机制仍很不清楚。
MOCVD设备
物理沉积PVD
（Physical Vapor Deposition）
▪ 采用蒸发或溅射等手段使固体材料变成蒸 汽，并在基底表面凝聚并沉积下来。
▪ 没有化学反应出现，纯粹是物理过程
物理沉积方法
▪ Thermal Evaporation (热蒸发) ▪ E-beam Evaporation (电子束蒸发) ▪ Sputtering (溅射) ▪ Filter Vacuum Arc (真空弧等离子体)
半导体工艺简介
物理与光电工程学院 张贺秋
参考书：《芯片制造－半导体工艺制程 实用教程》，电子工业出版社，赵树武 等译，2004-10
薄膜淀积（沉积）
为满足微纳加工工艺和器件要求，通常情况下关注 薄膜的如下几个特性：
1、台阶覆盖能力 2、低的膜应力 3、高的深宽比间隙填充能力 4、大面积薄膜厚度均匀性 5、大面积薄膜介电\电学\折射率特性 6、高纯度和高密度 7、与衬底或下层膜有好的粘附能力
▪ 生长过程中，表面处于真空中，利于实时 监控检测。
离子溅射技术物理过程
1 4
2
3
分子束外延
▪ 是一种可在原子尺度上精确控制外延厚度、掺杂 和界面平整度的薄膜制备技术。物理沉积单晶薄 膜方法；在超高真空腔内，源材料通过高温蒸发、 辉光放电离子化、气体裂解，电子束加热蒸发等 方法，产生分子束流。入射分子束与衬底交换能 量后，经表面吸附、迁移、成核、生长成膜。
钨W(Tm=3380℃) 钽Ta(Tm=2980℃) 钼Mo(Tm=2630℃)
热蒸发-几种典型结构
晶振
挡板
蒸发源
电子束蒸发 (E-beam Evaporation Technique)
when V= 10 kV Electron Velocity = 6×104 km/s Temperature ~ 5000-6000 ℃
▪ 主要用于半导体薄膜制备（超薄膜、多层量子结、 超晶格）；
▪ 新一代微波器件和光电子器件的主要技术方法
经典范例——GaAs薄膜的生长
优点
▪ 源和衬底分别进行加热和控制，生长温度 低 ，可形成超精细结构。
▪ 生长速度低，容易在过程中控制，有利于 生长多层异质结构
▪ 是一个动力学过程，可以生长一般热平衡 生长难以得到的晶体 。
▪ Thermal Oxidation (热氧化) ▪ Screen Printing (丝网印刷) ▪ Spin Coating (旋涂法) ▪ Electroplate (电镀) ▪ Molecular Beam Epitaxy (分子束外延)
高真空 环境
<10-3 Pa
热蒸发技术 (Thermal Evaporation Technique)
金属有机化学气相沉积 （Metal organic chemical vapor deposition ）
它是利用有机金属如三甲基镓、三甲基铝等与 特殊气体如砷化氢、磷化氢等，在反应器内进 行化学反应，并使反应物沉积在衬底上， 而得 到薄膜材料的生产技术。
特点：使用有机金属化合物作为反应物。
作为有机化合物原料必须满足的条件：
a）在常温左右较稳定，且容易处理。
b）反应生成的副产物不应妨碍晶体生长，不应污 染生长层。
c）为了适应气相生长，在室温左右应有适当的蒸 气压（≥1Torr）。
原料的优点：
这类化合物在较低的温度即呈气态存在，避免 了液态金属蒸发的复杂过程。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
MOCVD综合评价：
MOCVD设备相对其他设备价格要贵，不光是 设备本身贵而且维护费用也贵。
E-beam Evaporation Machine
溅射技术 (Sputtering)
溅射技术基本原理：在真空腔中两个平板电极中充 有稀薄惰性气体，在施加电压后会使气体电离，离 子在电场的加速下轰击靶材(阴极)，在使靶材上撞 击(溅射)出原子，被撞击出的原子迁移到衬底表面 形成薄膜。
驱动方式： 直流型 DC Diode 射频型 RF Diode 磁场控制型 Magnetron
MOCVD设备还是有很多优势的，一是控制极 为精密，能生产出高质量的材料；二是便于 规模化生产，只要材料研发成功极易转产业 化。所以使用MOCVD设备是很多高校和科研 单位的首选。
存在问题
▪ 设备复杂、投资大、外延生长速度慢、经 济效益差。
▪ 对晶体平滑度、稳定性和纯度等参数要过 严格，缺陷和杂质会导致外延膜表面缺陷 密度大。
▪ 尽管已广泛用于多种新型半导体器件制备， 但其原子级生长机制仍很不清楚。
MOCVD设备
物理沉积PVD
（Physical Vapor Deposition）
▪ 采用蒸发或溅射等手段使固体材料变成蒸 汽，并在基底表面凝聚并沉积下来。
▪ 没有化学反应出现，纯粹是物理过程
物理沉积方法
▪ Thermal Evaporation (热蒸发) ▪ E-beam Evaporation (电子束蒸发) ▪ Sputtering (溅射) ▪ Filter Vacuum Arc (真空弧等离子体)
半导体工艺简介
物理与光电工程学院 张贺秋
参考书：《芯片制造－半导体工艺制程 实用教程》，电子工业出版社，赵树武 等译，2004-10
薄膜淀积（沉积）
为满足微纳加工工艺和器件要求，通常情况下关注 薄膜的如下几个特性：
1、台阶覆盖能力 2、低的膜应力 3、高的深宽比间隙填充能力 4、大面积薄膜厚度均匀性 5、大面积薄膜介电\电学\折射率特性 6、高纯度和高密度 7、与衬底或下层膜有好的粘附能力
▪ 生长过程中，表面处于真空中，利于实时 监控检测。
离子溅射技术物理过程
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分子束外延
▪ 是一种可在原子尺度上精确控制外延厚度、掺杂 和界面平整度的薄膜制备技术。物理沉积单晶薄 膜方法；在超高真空腔内，源材料通过高温蒸发、 辉光放电离子化、气体裂解，电子束加热蒸发等 方法，产生分子束流。入射分子束与衬底交换能 量后，经表面吸附、迁移、成核、生长成膜。