薄膜封装结构-电子器件与组件结构设计 ppt课件

微型反射镜组
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微电子技术中的薄膜材料: MOSFET
Interconnect metal Thin gate oxide Polysilicon Thick oxides
N+
Heavily doped region
N+
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P-type Substrate
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薄膜材料
导体薄膜：一般为金属薄膜，主要用于电气 连接
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真空基本知识
真空单位
Pa:
Torr:
N/m2 mm· Hg
1Torr = 133Pa
真空度的划分
薄膜技术领域：从10-7Pa到105Pa，覆盖了12个数量级
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真空的获得
旋片式机械真空泵
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真空的获得
分子泵
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真空的获得
低温泵
金属陶瓷：Cr-SiO、Cr-MgF2、Au-SiO 非金属陶瓷：Ta2N、(Ti，Al)N、 (Ta，Al)N、 (Ti，Si)N
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薄膜材料
介质薄膜：主要用于形成电容器和实现绝缘 与表面钝化的作用
表面钝化：SiO2、Si3N4 电容器：SiO2(介电常数＝3.8) Si3N4 (介电常数＝7) Ta2O5 (介电常数＝28) Y2O3 (介电常数＝16)
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薄膜置备方法
气相沉积
物理气相沉积：真空蒸发、溅射、离子镀、外延生长 化学气相沉积：传统CVD、激光CVD、光CVD、PECVD
液相沉积
电渡 化学镀 阳极氧化 溶胶-凝胶 丝网印刷
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薄膜材料与真空技术
薄膜材料的制备过程是: atom by atom 几乎所有的现代薄膜材料都是在真空或是在较低的气 体压力下制备的，都涉及到气相的产生、输运以及气 相反应的过程。
电子器件与组件结构设计
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第九章 薄膜封装结构
薄膜封装概念； 薄膜材料 膜集成电路制造工艺
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薄膜封装的概念
薄膜定义
利用特殊的技术手段, 人为制得的、其一维尺度显著小于另外两 维尺度的、具有特定性能与用途的材料
按厚度可以分为厚膜与薄膜
厚膜：几微米至几百微米 薄膜：几微米以下
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分子束外延设备的真空系统参数
真空室： 28 英寸H15 英寸 极限真空：< 510-8 Torr 真空泵： 低温冷凝泵（或分子泵）1500L/s 旋片机械泵 12L/s 真空计：电离规2，热偶规2，皮拉尼规2 ，薄膜规1

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物理气相沉积
物理气相沉积（physical vapor deposition, PVD） 是利用某种物理过程 物质的热蒸发或在粒 子轰击下物质表面原子的溅射，不涉及化学反应 过程的，实现原子从源物质到薄膜的可控转移的 薄膜（及其他材料）制备方法。
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化学气相沉积
化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）是经由气态的先驱物，通过气相原子、分子 间的化学反应，生成薄膜（及其他材料）的技术手 段。
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真空蒸发法的特点
蒸发法的显著特点之一是其较高的背底 真空度。在较高的真空度下：
不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长 的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面 上； 且还可以确保所制备的薄膜具有较高的纯 净度。
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溅射法制备薄膜的物理过程
利用带电荷的离子在电场中加速后具有一定动能 的特点，将离子引向欲被溅射的物质制成的靶电 极（阴极） 入射离子在与靶面原子的碰撞过程中将后者溅射 出来 这些被溅射出来的原子将沿着一定的方向射向衬 底，从而实现物质的沉积
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Biblioteka Baidu
薄膜溅射沉积装置的示意图
高电导率 与半导体接触部分能形成欧姆接触 对电路元件不产生有害影响 高热导率 良好的高温性能 大附着力 易于成膜和图形化 可进行Au丝、Al丝引线键合及焊接
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薄膜材料
电阻薄膜：电阻率100～2000µ Ω•cm
金属类：Ta、W、Cr、Ti、Ge、Re 合金类：Ta-Au、Cr-Ti、Ni-Co、Pd-Ag、 Ni-Cr-Al-Cu 陶瓷类:
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薄膜制备系统: 金属喷镀仪
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金属喷镀仪的真空系统参数
真空室：4.75英寸H4.75英寸

真空泵： 双级旋片机械泵 极限真空度：6×10-2Pa 抽速： 0.5L/s
真空计：皮拉尼电阻真空规 （0.1Pa-大气压）

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薄膜制备系统:
分子束外延设备
MBE system for Nitrides (RIBER COMPACT 21)
-VDC 绝缘
———
辉光放电区
溅射靶
衬底
阳极
溅射气体
真空泵
靶材是要溅射的材料，它作为阴极, 相对于真空室内其他 部分处于负电位。阳极可以是接地的，也可以是浮动的
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薄膜溅射法的分类
直流溅射（即二极溅射） 三极、四极溅射 磁控溅射 射频溅射 偏压溅射 反应溅射 中频孪生靶溅射和脉冲溅射
薄膜封装的功能：
电气连接 元件搭载 表面改性 特殊功能
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薄膜材料的应用
耐磨、防腐与装饰涂层 光学涂层 光电薄膜 微电子技术 磁存储技术 微机电系统 ……
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耐磨、防腐与装饰涂层
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5
光学涂层材料
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微机电系统中的薄膜材料:
靶材：可以是纯金属、合金以及各种化合物
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溅射与蒸镀法的原理及特性比较
溅射法 沉积气相的产生过程 1.离子轰击和碰撞动量转移机制 1.原子的热蒸发机制 2.较高的溅射原子能量（230eV） 2.低的原子动能（温度1200K时约为 0.1eV） 3.稍低的沉积速率 3.较高的蒸发速率 4.溅射原子的运动具方向性 4.蒸发原子的运动具方向性 5.可保证合金成分，但有的化合物 5.蒸发时会发生元素的贫化或富集， 有分解倾向 部分化合物有分解倾向 6.靶材纯度随材料种类而变化 6.蒸发源纯度可较高 蒸镀法
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薄膜蒸发法的分类


电阻热蒸发
电子束热蒸发


电弧热蒸发
激光束热蒸发 空心阴极热蒸发
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蒸发薄膜沉积法的优点与缺点
蒸发法的优点
方法和设备可以相对简单 较高的沉积速度（数十m/小时） 相对较高的真空度和薄膜纯度
蒸发法的缺点
蒸发粒子的能量相对较低