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真空溅镀工艺描述

2022-01-22 13:24:12

真空溅镀工艺描述

真空溅镀工艺描述 2011: 当腔室内成为真空时,腔壁内的污染物向腔室内泄出(out-gassing),此种状况称为“假性漏气”(virtual leak),此和外界大气泄漏至系统内的真实漏气是不同。在减少腔室内压力的同时污染物可能会进入沉积膜中,此问题可藉在晶圆夹承器上施以微小的负电偏压 (bias)。此负电偏压会在晶圆表面产生离子,能够将假性漏气泄出的污染原子由成长中的膜中排出。直流电的二极式电偶溅镀主要被用于沉积金属。 将靶材和射频产生器的负极相连可改善溅镀,因为如此一来就算靶材不是导体也能在接近靶材附近将气体离子化。利用射频溅镀对溅镀非导体材料(介电体)是必要的,但亦可用以溅镀导体。在射频法中也使用偏压来清洁晶圆的表面。射频偏压提供了将暴露的晶圆面侵蚀和清洁的优点,做法是将晶圆夹承座放置在和氩气不同的电场处,使得氩原子直接冲撞晶圆,此称为“溅式蚀刻”(sputter etch)、“逆向溅镀”(reverse sputter)、或“离子研磨”(ion milling)。此种制程会将晶圆表面的污染物及晶圆表面的一层薄膜给除去。污染被除去会使暴露的晶圆区域和沉积膜间的电性接触效果提高,并改善膜和晶圆剩余表面的黏着性。 在二极式电偶溅镀中,在晶圆表面上或其附近有许多反应发生。当氩原子撞击时,会产生许多电子,这些电子会使基材(指晶圆)被加热,温度升高,此会使沉积膜不均匀,同时这些电子也造成一种辐射环境,可能损伤一些敏感的组件。 当沉积物是铝时,二极式电偶溅镀的电子加热会造成严重的问题,因为加热会使靶材和腔室内残余的氧和铝化合形成二氧化铝,而铝的氧化物是介电材料,会减低沉积铝的导电性质。更严重的是,靶板表面可能形成一层氧化铝,使得冲击来的氩原子(在二极式电偶溅镀中)因能量不足以贯穿此层,造成靶材被封锁住,而使得溅镀中断。 三极式电偶(triode)溅镀法避免了一些二极式的问题。用以将氩离子化的电子是以一独立的高电流电热丝来产生,且其位置是在沉积腔室之外,故晶圆不会受到电子产生时产生的辐射伤害。以三极式法沉积出的膜之密度较高。 电偶式溅镀的另一项问题是电子逃脱至腔室中,而不参与建立沉积所需要的电浆场。此种状况则被“磁电”(magnetron) 式溅镀系统加以解决。该系统在靶板背后及周围加上磁场 ,此磁场会将电子捕捉 (限制) 在靶板的前方。在沉积速率增加的情形下,磁电式系统的效率较高。磁电式所造成的离子流(冲击靶材的氩离子密度)比传统的二极式电偶溅镀多数倍。另一项效果则是因为腔室中需要较低的压力故沉积膜更为干净(不易产生假性漏气)。由于磁电式溅镀的靶材温度低故常被用于溅镀铝和铝合金。 量产级的溅镀系统有数种不同的设计,腔室有批量式系统或单片晶圆连续式的不同设计。大部分的量产机都有装填-闭锁(load-lock)的能力。所谓装填-闭锁装置是指一部分抽真空(指真空度不高)的前端腔室(antechamber),如此可将沉积用腔室维持在真空状态,其优点是能使产能较高。量产机通常只用以沉积一或二种靶材,但研究用的机器则能使用多种不同的靶材。

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