薄膜应力的起源是薄膜生长过程中的某种结构不完整性(杂质、空位、晶粒边界、错位等)、表面能态的存在、薄膜与基底界面间的晶格错配等磁控溅射由于其内部电场的存在,还可在衬底端引入一个负偏压,使溅射速率和材料粒子的方向性增加。所以磁控溅射常用来沉积TSV结构的阻挡层和种子层,通过对相关参数的调整和引入负偏压,可以实现高深宽比的薄膜溅射,且深孔内壁薄膜连续和良好的均匀性。通过PVD制备的薄膜通常存在应力问题,不同材料与衬底间可能存在压应力或张应力,在多层膜结构中可能同时存在多种形式的应力。电子束蒸发法是真空蒸发镀膜中常用的一种方法。山西低压气相沉积真空镀膜技术
真空蒸发镀膜是在真空室中,加热蒸发容器待形成薄膜的原材料,使其原子或者分子从表面气化逸出,形成蒸汽流,入射到衬底或者基片表面,凝结形成固态薄膜的方法。真空蒸发镀膜法,设备比较简单、容易操作、制成的薄膜纯度高、质量好、膜厚容易控制,成膜速率快,效果高。在蒸发温度以上进行蒸发试,蒸发源温度的微小变化即可引起蒸发速率发生很大变化。因此,在镀膜过程中,想要控制蒸发速率,必须精确控制蒸发源的温度,加热时应尽量避免产生过大的温度梯度。蒸发速率正比于材料的饱和蒸气压,温度变化10%左右,饱和蒸气压就要变化一个数量级左右。东莞功率器件真空镀膜实验室电子束蒸发是蒸度高熔点薄膜和高纯薄膜的一种主要加热方法。
磁控溅射的工作原理是指电子在外加电场的作用下,在飞向衬底过程中与氩原子发生碰撞,使其电离产生出Ar正离子和新的电子;新电子飞向衬底,Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶,并以高能量轰击靶表面,使靶材发生溅射。在溅射粒子中,中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜,而产生的二次电子会受到电场和磁场作用,被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,以近似摆线形式在靶表面做圆周运动,并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材,从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加,二次电子的能量消耗殆尽,逐渐远离靶表面,并在电场的作用下较终沉积在衬底上。由于该电子的能量很低,传递给衬底的能量很小,致使衬底温升较低。
在一定温度下,在真空当中,蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中所表现出的压力, 称为该物质的饱和蒸气压。此时蒸发物表面液相、气相处于动态平衡,即到达液相表面的分子全部粘接而不离开,并与从液相都气相的分子数相等。电子束蒸发蒸镀如钨(W)、钼(Mo)等高熔点材料,需要在坩埚的结构上做一定的改进。高熔点的材料采用锭或者颗粒状放在坩埚当中,因为水冷坩埚导热过快,材料难以达到其蒸发的温度。经过实验的验证,蒸发高熔点的材料可以用薄片来蒸镀,将1mm材料薄片架空于碳坩埚上沿,薄片只能通过坩埚边沿来导热,散热速率慢,有利于达到蒸发的熔点。采用此方法可满足蒸镀50nm以下的材料薄膜。真空镀膜技术一般分为两大类,即物理的气相沉积技术和化学气相沉积技术。
为了获得性能良好的半导体电极Al膜,我们通过优化工艺参数,制备了一系列性能优越的Al薄膜。通过理论计算和性能测试,分析比较了电子束蒸发与磁控溅射两种方法制备Al膜的特点。考虑Al膜的致密性就相当于考虑Al膜的晶粒的大小,密度以及能达到均匀化的程度,因为它也直接影响Al膜的其它性能,进而影响半导体哗啦的性能。气相沉积的多晶Al膜的晶粒尺寸随着沉积过程中吸附原子或原子团在基片表面迁移率的增加而增加。由此可以看出Al膜的晶粒尺寸的大小将取决环于基片温度、沉积速度、气相原子在平行基片方面的速度分量、基片表面光洁度和化学活性等因素。电子束蒸发:将蒸发材料置于水冷坩埚中,利用电子束直接加热使蒸发材料汽化并在衬底上凝结形成薄膜,是蒸度高熔点薄膜和高纯薄膜的一种主要加热方法。磁控溅射可用于多种材料,适用性普遍。山西低压气相沉积真空镀膜技术
真空镀膜流程:前处理及化学清洗→衬底真空中烘烤加热→等离子体清洗→金属离子轰击→镀金属过渡层→镀膜。山西低压气相沉积真空镀膜技术
电子束蒸发源的能量可高度集中,使镀膜材料局部达到高温而蒸发。通过调节电子束的功率,可以方便的控制镀膜材料的蒸发速率,特别是有利于高熔点以及高纯金属和化合物材料。物质的饱和蒸气压随温度的上升而增大,在一定温度下,各种物质的饱和蒸气压不相同,且具有恒定的数值。相反,一定的饱和蒸气压必定对应一定的物质的温度。在高真空下,电子qiang灯丝加热后发射热电子,被加速阳极加速,获得很大的动能轰击到的蒸发材料上,把动能转化成热使蒸发材料加热气化,而实现蒸发镀膜。电子束蒸发源由发射电子的热阴极、电子加速极和作为阳极的镀膜材料组成。山西低压气相沉积真空镀膜技术
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