第七章+沉积法图形转移技术

第七章沉积法图形转移技术

将曝光或压印形成的有机聚合物纳米图形结构转移到各种功能材料上，是微纳米加工技术的重要组成部分。

主要内容

1.简介

2.薄膜沉积技术

3.溶脱剥离法

4.电镀法

5.嵌入法

6.模板法

7.喷墨打印法

8.掠角沉积法

（一）简介

以上各章介绍的曝光技术和压印技术，主要形成了基于光刻胶或抗蚀剂等有机聚合物材料的微纳米结构，其功能是作为掩模，帮助形成衬底材料的微纳米结构。之后，需要将曝光或压印形成的有机聚合物材料微纳米结构转移到衬底材料来。

这种图形转移技术主要分为两大类：沉积法图形转移和刻蚀法图形转移。

（二）薄膜沉积技术

◆蒸发

◆溅射

◆溶胶-凝胶法

◆化学气相沉积

◆原子层沉积

◆分子束外延

化学气相沉积(CVD)技术

（一种广为应用的制膜方法）

CVD技术的关键是，找到合适的气相化合物作为源材料。

化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）

把含有构成薄膜元素的一种或者几种化合物气体供给衬底，借助气相作用或在衬底上的化学反应生成所需薄膜。

例如：用硅烷SiH4来制备硅薄膜（SiH4 = Si +4H）

气体分解方式

(1) thermal deposition

(2) plasma deposition

(3) photon (laser, UV) deposition

其技术特征在于：

（1）高熔点物质能够在低温下合成

（2）可以制备多种薄膜材料

各种CVD技术

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是利用由输入射频功率源产生的等离子体裂解反应前驱物的CVD工艺，其主要优点是可以降低基片温度，并可精确控制化学剂量比，实现薄膜的原价掺杂。

热丝化学气相沉积(HWCVD)是利用由高温热丝来分解反应前驱物的CVD工艺，其主要优点是可以降低基片温度，沉积速率快。

激光诱导化学气相沉积(LCVD)是利用激光束的能量分解反应前驱物的CVD 工艺。根据对激光束的控制，既可进行大面积的薄膜沉积，也可进行微米范围的局部微区沉积。

金属有机物化学气相沉积法（MOCVD），以金属有机化合物作为源材料的CVD法。

（Plasma Enhanced CVD，PECVD)

包括：

真空获得及测量系统

反应室

等离子体系统

供气控制系统

将反应气体硅烷（SiH4）和H2通入真空反应室，用等离子辉光放电加以分解，产生包括带电离子、中性粒子、活性基团和电子等，它们落在衬底表面生成Si薄膜。

（Plasma Enhanced CVD，PECVD)

低压CVD中利用辉光放电等离子体的影响生长薄膜。

压强：5～500Pa

硅薄膜的热丝化学气相沉积包括以下过程：

1）反应气体（SiH4和H2）在高温热丝表面的分解

过程；

2）分解的基元向衬底的输运过程；

3）在输运过程中与其它分子发生碰撞的气相反应

过程；

4）生长基元到达衬底表面，在表面的吸附、反应

及成膜过程。

热丝化学气相沉积过程（HWCVD

）

从左到右依次是HWCVD 腔体、进样室和PECVD 腔体。每个腔体之间用闸板阀隔离，通过磁力杆在各腔体之间传递样品。HWCVD 腔体和PECVD 腔体均采用前级机械泵和次级分子泵组成的真空系统，可得到~10-4pa 背景真空。

金属有机物化学气相沉积技术（MOCVD）

例：制备YBa2Cu3O7高温超导体薄膜

●普通的Y、Ba、Cu的化合物需要在相当高的温度下才有足够的蒸气压，不适宜作为CVD的源材料。

●以Y、Ba、Cu的金属有机化合物作为源材料。

如：Y(C11H19O2)3、Ba(C11H19O2)2、Cu(C12H19O2)2作为Y、Ba、Cu的源材料。

●在MOCVD法中，通常以H2气作为稀释和载运气体，化合物源材料在气相混合后进入反应室，在加热区产生热解反应，生成相应的化合物在基片上沉积。

●合金的组分和掺杂水平由各种气体源的相对流量来控制，可用质量流量计和各种阀门进行调节控制。

原子层沉积

（ALD：atomic layer deposition）

ALD技术的商业应用是由Suntola和他的合作者在

70年代中期发展起来的。当时是为了生产薄膜电

致发光平板显示器，现在已经发展到多种工业应

用，包括半导体器件的生产。

1974, Finland, Suntola

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原子层沉积是一种基于有序、表面自饱和反应的化学气相沉积薄膜的方法。

先驱体：两种或者两种以上含有所需沉积薄膜的元素，交替吸附在基片表面，每次只有一种先驱体，彼此独立。每种先驱体使基片表面饱和形成一单分子层。

冲洗气体：冲去表面吸附后多余的先驱体——保证每一脉冲在基片表面形成一单分子层。一般是惰性气体，如Ar气、N2等。

时间：几秒，基于反应设备和过程的设计

温度：通常是200-400度

沉积速率：一般1埃/周期

原子层沉积周期图示

极佳的保角性是原子层沉积的独特优点

ALD

原子层沉积

用于半导体器件沟

槽的涂层

深宽比：50：1

同样适用于沟槽的平面填充

衍射光部件的平面涂层

原子层沉积