Film Deposition
Deposition is the process of depositing films onto a substrate. There are three categories of these films:
* POLY
* CONDUCTORS
* INSULATORS (DIELECTRICS)
Poly refers to polycrystalline silicon which is used as a gate material, resistor material, and for capacitor plates.
Conductors are usually made of Aluminum although sometimes other metals such as gold are used. Silicides also fall under this category. Insulators refers to materials such as silicon dioxide, silicon nitride, and P-glass (Phosphorous-doped silicon dioxide) which serve as insulation between conducting layers, for diffusion and implantation masks, and for passivation to protect devices from the environment.
…
…MoF 6+SiH 4
MoSi
WF 6+SiH 4WSi
Al, Cu, W……
SiH 4+PH 3+O 2PSG
SiH 2Cl 2+NH 3Si 3N 4
SiH 4+O 2SiO 2
SiH 2Cl 2Epi-Si
SiH 4Poly-Si
半导体工艺中所涉及的常用薄膜：
（PSG = Phospho-Silicate Glass)
There are two major classifications of deposition techniques each having its own subset of related
techniques:
Deposition Method:
Sputtering (溅射）
Evaporation (蒸发）
CVD技术：
使用加热、等离子体或紫外线等各种能源，使气态物质经化学反应（热解或化学合成）形成固态物质淀积在衬底上的方法，叫做化学汽相淀积(Chemical Vapor Deposition)技术，简称CVD技术。它与真空蒸发和溅射技术并列，是应用较为普遍的一种薄膜淀积技术。
特点：
1、淀积温度低；
2、可以淀积各种电学和化学性质都符合要求的薄膜；
3、均匀性好；
4、操作简便，适于大量生产；
CVD的化学反应大致分为两种类型：
一是一种气态化合物在一定激活能量下被分解，生成固态物质淀积在衬底上，而其它则为气态物质跑掉，如：
SiH4Si+ 2H2
另一类是两种气体化合物经化学反应生成新的固态物质和气态物质，如：
3SiH4+ 4NH3Si3N4+ 12H2
CVD的分类：
可按淀积温度，反应腔气压或淀积反应的激活方式分类—低温CVD (200-500°C)
—中温CVD（500-1000°C)
—高温CVD（1000-1300°C)
—常压CVD
—低压CVD
—热CVD
—等离子体CVD
—光CVD
等等
热CVD系统：
electrode
electrode
insulator heater
r.f power
Plasma: neutrals, ions, electrons T (electron)=1-8eV
(10000-80000K)
T(ion)=500-1000K 等离子体CVD
The major problem that affects all types of deposition is STEP COVERAGE. It occurs when the film being deposited, does not adhere uniformly to all of the exposed surfaces. Step coverage is usually the biggest problem in metallization, because metal is deposited well into the processing sequence and
therefore can not cover the exposed areas uniformly.
Deposition techniques must give uniform coverage, repeatable results, and the method of deposition must be inexpensive with a large throughput.
Molecular Beam Epitaxy(MBE)
分子束外延技术
EPITAXY is Greek for 'arranged upon'. It is a process in which a thin crystalline layer is grown on a crystalline substrate. In epitaxial growth, the substrate acts as a seed crystal and the epitaxial film duplicates the structure (orientation) of the crystal.
MBE自1960年开始就有人提出，是一种超精密和极精
确的薄膜生长技术。其利用的是蒸发原理，将分子束
射至单晶衬底上生长单晶外延层的方法。
MBE的特点：
D超高真空；设备中外延生长室真空度可达5x10-11Torr,这样分子平均自由程L较大。
例如：P=10-9Torr, L=5x106cm。
这样大的自由程使分子碰撞几率很小，薄膜生长均匀，生长速率和组分可精确控制。
D可以实现低温过程；这样能减少杂质扩散和沾污的几率。利用MBE技术可生长出位错密度<102cm-2的外延层。
D原位监控；MBE设备上安装有许多原位监控仪器，可以实时监控外延薄膜的生长参数以及物理性能。
(UHV = Ultra High Vacuum)
Photolithography
Lithography is the process in which a microelectronics patterns are transfer to a substrate.This transfer can be aided by light, electron-beams, ion beams, x-rays, etc.
Without the techniques of pattern definition, the fabrication of multiple devices on one semiconductor would
be impossible. Although the techniques of pattern definition seem simple they are the heart of modern IC fabrication.
Photoresist
Photo lithography is a process in which wafer is coated with a light sensitive polymer called photoresist. . Polyisoprene is an example of a commonly used photoactive agent.
A mask is used to expose selected areas of photoresist to UV light. The UV light induces
polymerization in the exposed photoresist. UV causes it to cross link rendering it insoluble in developing solution. Such a photoresist is called a positive photoresist. A negative photoresist shows an opposite behavior. That is exposure to UV makes the photoresist soluble in developing solution.
! Remember: There are two types of photoresist: * NEGATIVE -unexposed areas removed
* POSITIVE -exposed areas removed
Negative resist is the most often used because it is less affected by etchants although positive resist offers better resolution.
Positive resists are more capable of producing the small size of modern device features which are typically below 1.0 μm but may be as small as 0.15 μm.
光刻的大致工艺流程：
Z涂胶：一般从高温炉中
取出硅片立即涂胶或在180-
200°C恒温干燥箱中烘烤
30分钟后再进行涂胶。要
求粘附性能良好，厚度均
匀适当。
Z前烘：在80 °C恒温干燥箱中烘10-15分钟。目的是使胶膜体内溶剂充分挥发，使胶膜干燥，以增强胶膜与SiO2膜的粘附性和胶膜的耐磨性。
Z曝光与显影：在涂好光刻胶的硅片表面覆盖掩膜版(Mask)，一般利用紫外光进行选择性照射，使光照部分光刻胶发生光化学反应，经显影将部分光刻胶除去得到相应的图形。
Z坚膜：一般将显影后的硅片放在烘箱中热烘30分钟左右使经显影时软化、膨胀的胶膜坚固。这样可使胶膜与硅片贴得更牢，同时也增强了胶膜本身的抗蚀能力。
Z腐蚀：在用正胶的情况下，利用适当的腐蚀液将SiO2或Al腐蚀掉，而有光刻胶覆盖的区域保存下
来。
Z去胶：腐蚀结束后，利用湿法去胶，氧气去胶或等离子体去胶等方法将覆盖在硅片表面的保护胶膜去除。
非晶硅薄膜PECVD沉积装置（专有技术）参示指标1、设备外形
2、装片腔体结构 3、应用： 非晶硅太阳能电池生产线主要用于生产大型光电玻璃模板，以普通玻璃为基底经过常压CVD制备氧化锡,PECVD制备各类非晶硅膜层，磁控溅射制备铝膜电极，中间利用激光对膜系进行刻槽，再经过检测和封装，完成大面积电池组件的制造过程，整个工艺流程不超过十道。比晶体硅电池制作工艺更简单，硅材料利用率提高了几十倍，制造成本大约只有晶体硅电池的1/3。 4、非晶硅电池生产流程： 整条生产线主要包括：玻璃磨边、玻璃清洗、玻璃钻孔、预热炉、冷却炉、老化炉、PECVD设备、PVD设备、激光刻膜设备、封装层压设备、电池I-V检测设备等。
5、设备形式： PECVD设备采用集装箱式装夹方式，可一次装夹生产48片单片 规格 6、装片规格： 1245mm×635mm 7、设备极限真空度:可达到5×10-4Pa 8、温度控制：设备采用PID温控，具有外部隔热保护 9、等离子体：射频方式 10、控制方式：采用计算机系统控制
11、工艺气体：硅烷、磷烷、硼烷气、氢气、氩气、氮气 12、 PIN 淀积厚度：0.3-0.5um 13、设备详细参数： 设备组成：真空室，真空系统，电极盒，电极盒承载输送专用车，工件承载输送专用车，电极维修专用车，预热炉，冷却炉； 主要技术规格：被加工玻璃尺寸＝1245 x 635 mm 单次处理组件数量＝48； 电极盒结构：两个磁极之间是真空室。里面装有两个半圆形空盒状的金属电极，通称为“D形电极”。D形电极接在高频电源的输出端上，2个D形电极之间的空隙（加速间隙）有高频电场产生。粒子源安装在真空室中心的加速间隙中。D形电极内部没有高频电场，粒子进入D形电极之内就不再被加速，在恒定的主导磁场作用下做圆周运动。只要粒子回旋半圆的时间等于加速电压半周期的奇整数倍，就能够得到谐振加速。用一个表达式可以表示成：Tc=KTrt 式中Tc是粒子的回旋周期，Trt是加速电压的周期，K应该是奇整数； 电极盒材料：100％高强度航空铝材； 电极盒制造：高精度大型加工中心； 电极材料防变形工艺： 1）辉光放电(Glow Discharge)，属于低气压放电(low pressure discharge)，工作压力一般都低于10mbar，其构造是在封闭的容器內放置两个平行的电极板，利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态(excited state)降回至基态(ground state)时会以光的形式释放出能量。电
1.为了研究真空和实际使用方便，根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为 粗真空，低真空，高真空，超高真空四个区域。 2.在高真空真空条件下，分子的平均自由程可以与容器尺寸相比拟。 3.列举三种气体传输泵旋转式机械真空泵，油扩散泵和复合分子泵。 4.真空计种类很多，通常按测量原理可分为绝对真空计和相对真空计。 5.气体的吸附现象可分为物理吸附和化学吸附。 6.化学气相反应沉积的反应器的设计类型可分为常压式，低压式，热壁 式和冷壁式。 7.电镀方法只适用于在导电的基片上沉积金属和合金，薄膜材料在电解液中是以 正离子的形式存在。制备有序单分子膜的方法是LB技术。 8.不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法叫化学镀。 9.物理气相沉积过程的三个阶段：从材料源中发射出粒子，粒子运输到基片和粒子 在基片上凝聚、成核、长大、成膜。 10.溅射过程中所选择的工作区域是异常辉光放电，基板常处于负辉光区，阴极 和基板之间的距离至少应是克鲁克斯暗区宽度的3-4倍。 11.磁控溅射具有两大特点是可以在较低压强下得到较高的沉积率和可以在较低 基片温度下获得高质量薄膜。 12.在离子镀成膜过程中，同时存在吸附和脱附作用，只有当前者超 过后者时，才能发生薄膜的沉积。 13.薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与 结合生长过程。 14.原子聚集理论中最小稳定核的结合能是以原子对结合能为最小单位不连续变化 的。 15.薄膜成核生长阶段的高聚集来源于：高的沉积温度、气相原子的高的动能、 气相入射的角度增加。这些结论假设凝聚系数为常数，基片具有原子级别的平滑度。 16.薄膜生长的三种模式有岛状、层状、层状-岛状。 17.在薄膜中存在的四种典型的缺陷为：点缺陷、位错、晶界和 层错。 18.列举四种薄膜组分分析的方法：X射线衍射法、电子衍射法、扫描电子 显微镜分析法和俄歇电子能谱法。 19.红外吸收是由引起偶极矩变化的分子振动产生的，而拉曼散射则是由引起极化率 变化的分子振动产生的。由于作用的方式不同，对于具有对称中心的分子振动，红外吸收不敏感，拉曼散射敏感；相反，对于具有反对称中心的分子振动，红外吸收敏感而拉曼散射不敏感。对于对称性高的分子振动，拉曼散射敏感。 20.拉曼光谱和红外吸收光谱是测量薄膜样品中分子振动的振动谱，前者 是散射光谱，而后者是吸收光谱。 21.表征溅射特性的主要参数有溅射阈值、溅射产额、溅射粒子的速度和能 量等。 什么叫真空？写出真空区域的划分及对应的真空度。 真空，一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。粗真空105～102Pa 粘滞流，分子间碰撞为主低真空102～10-1 Pa 过渡流高真空102～10-1 Pa分子流，气体分子与器壁碰撞为主超高真空10-5～10-8 Pa气体在固体表面吸附滞留为主极高真空10-8 Pa以下·什么是真空蒸发镀膜法？其基本过程有哪些？
薄膜技术发展历程(一)：镀膜发展史 化学镀膜最早用于在光学元件表面制备保护膜。随后，1817年，Fraunhofe在德国用浓硫酸或硝酸侵蚀玻璃，偶然第一次获得减反射膜，1835年以前有人用化学湿选法淀积了银镜膜它们是最先在世界上制备的光学薄膜。后来，人们在化学溶液和蒸气中镀制各种光学薄膜。50年代，除大快窗玻璃增透膜的一些应用外，化学溶液镀膜法逐步被真空 镀膜取代。 真空蒸发和溅射这两种真空物理镀膜工艺，是迄今在工业撒谎能够制备光学薄膜的两种最主要的工艺。它们大规模地应用，实际上是在1930年出现了油扩散泵---机械泵抽气系统之后。 1935年，有人研制出真空蒸发淀积的单层减反射膜。但它的最先应用是1945年以后镀制在眼镜片上。1938年，美国和欧洲研制出双层减反射膜，但到1949年才制造出优质的产品。1965年，研制出宽带三层减反射系统。在反射膜方面，美国通用电气公司1937年制造出第一盏镀铝灯。德国同年制成第一面医学上用的抗磨蚀硬铑膜。在滤光片方面，德国1939年试验淀积出金属—介质薄膜Fabry---Perot型干涉滤光片。 在溅射镀膜领域，大约于1858年，英国和德国的研究者先后于实验室中发现了溅射现象。该技术经历了缓慢的发展过程。1955年，Wehner 提出高频溅射技术后，溅射镀膜发展迅速，成为了一种重要的光学薄膜工艺。现有两极溅射、三极溅射、反应溅射、磁控溅射和双离子溅射等 淀积工艺。 自50年代以来，光学薄膜主要在镀膜工艺和计算机辅助设计两个
方面发展迅速。在镀膜方面，研究和应用了一系列离子基新技术。1953年，德国的Auwarter申请了用反应蒸发镀光学薄膜的专利，并提出用离子化的气体增加化学反应性的建议。1964年，Mattox在前人研究工作的基础上推出离子镀系统。那时的离子系统在10Pa压力和2KV的放电电压下工作，用于在金属上镀耐磨和装饰等用途的镀层，不适合镀光学薄膜。后来，研究采用了高频离子镀在玻璃等绝缘材料上淀积光学薄膜。70年代以来，研究和应用了离子辅助淀积、反应离子镀和等离子化学气相等一系列新技术。它们由于使用了带能离子，而提供了充分的活化能，增加了表面的反应速度。提高了吸附原子的迁移性，避免形成柱状显微结构，从而不同程度地改善了光学薄膜的性能，是光学薄膜制造 工艺的研究和发展方向。 实际上，真空镀膜的发展历程要远远复杂的多。我们来看一个这个 有两百年历史的科技历程： 19世纪 真空镀膜已有200年的历史。在19世纪可以说一直是处于探索和预研阶段。探索者的艰辛在此期间得到充分体现。1805年, 开始研究接触角与表面能的关系(Young)。1817年, 透镜上形成减反射膜(Fraunhofer)。1839年, 开始研究电弧蒸发(Hare)。1852年, 开始研究真空溅射镀膜(Grove;Pulker)。1857年, 在氮气中蒸发金属丝形成薄膜(Faraday;Conn)。 1874年, 报道制成等离子体聚合物(Dewilde;Thenard)。1877年,薄膜的真空溅射沉积研究成功(Wright)。1880年, 碳氢化合物气相热解(Sawyer;Mann)。1887年, 薄膜的真空蒸
几种薄膜淀积技术
几种主要薄膜淀积技术简介 摘要：从薄膜淀积的现象被发现到现在，对薄膜淀积理论的研究一直在进行，薄膜制造技术作为材料制备的新技术而得到广泛的应用。本文介绍几种主要的薄膜淀积的技术，薄膜的形成机理，影响薄膜的主要因素以及优缺点。 关键词：薄膜淀积制备技术CVD PVD Abstract：From the phenomenon of the film depositing is found to now , research has been in progress，the film manufacturing technique widely used as technology and materials prepared. This paper mainly introduces several major film deposition technology, the formation mechanism and main factors of affecting, advantages and disadvantages. Key words: Thinfilm depositing; preparation technology; CVD; PVD 一．引言 自从1857年第一次观察到薄膜淀积的现象到现在，薄膜制造技术得到广泛的应用。这门新技术不仅涉及到物理学、化学、结晶学、表面科学和固体物开学等基础学科，还和真空、冶金和化工等技术领域密切相关。薄膜制备过程是将一种材料（薄膜材料）转移到另一种材料（基底）的表面，形成和基底牢固结合的薄膜的过程。根据成膜方法
薄膜沉积 薄膜的沉积，是一连串涉及原子的吸附、吸附原子在表面的扩散及在适当的位置下聚结，以渐渐形成薄膜并成长的过程。 分类及详述： 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）——CVD 反应气体发生化学反应，并且生成物沉积在晶片表面。 物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）——PVD 蒸镀（Evaporation） 利用被蒸镀物在高温（近熔点）时，具备饱和蒸汽压，来沉积薄膜的过程。 溅镀（Sputtering） 利用离子对溅镀物体电极（Electrode）的轰击（Bombardment）使气相中具有被镀物的粒子（如原子），沉积薄膜。 化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition；CVD) 用高温炉管来进行二氧化硅层的成长，至于其它如多晶硅 (poly-silicon)、氮化硅 (silicon-nitride)、钨或铜金属等薄膜材料，要如何成长堆栈至硅晶圆上？ 基本上仍是采用高温炉管，只是因着不同的化学沉积过程，有着不同的工作温度、压力与反应气体，统称为「化学气相沉积」。 既是化学反应，故免不了「质量传输」与「化学反应」两部分机制。由于化学反应随温度呈指数函数变化，故当高温时，迅速完成化学反应，对于化学气相沉积来说，提高制程温度，容易掌握沉积的速率或制程的重复性。 高温制程有几项缺点： 1．高温制程环境所需电力成本较高。 2．安排顺序较后面的制程温度若高于前者，可能破坏已沉积材料。 3．高温成长的薄膜，冷却至常温后，会产生因各基板与薄膜间热胀缩程度不同的残留应力 (residual stress)。 所以，低制程温度仍是化学气相沉积追求的目标之一，如此一来，在制程技术上面临的问题及难度也跟着提高。 按着化学气相沉积的研发历程，分别简介「常压化学气相沉积」、「低压化学气相沉积」及「电浆辅助化学气相沉积」： 1．常压化学气相沉积(Atmospheric Pressure CVD；APCVD) 最早研发的CVD系统，是在一大气压环境下操作，设备外貌也与氧化炉管相类似。欲成长材料化学蒸气自炉管上游均匀流向硅晶，至于何以会沉积在硅晶表面，可简单地以边界层 (boundary layer) 理论作定性说明： 当具黏性的化学蒸气水平吹拂过硅芯片时，硅芯片与炉管壁一样，都是固体边界，因靠近芯片表面约1mm的边界层内速度大量变化(由边界层外缘蒸气速度减低到芯片表面速度为零)，会施予一拖曳外力，拖住化学蒸气分子；同时因硅芯片表面温度高于边界层外缘蒸气温度，芯片将释出热量，来供给被拖住的化学蒸气分子在芯片表面完成薄膜材质解离析出所需的能量。所以基本上，化学气相沉积就是大自然「输送现象」(transport phenomena) 的应用。 常压化学气相沉积速度颇快，但成长薄膜的质地较为松散。另外若晶圆不采水平摆放的方式(太费空间)，薄膜厚度均匀性 (thickness uniformity)不佳。 2．低压化学气相沉积(Low Pressure CVD；LPCVD) 为进行50片或更多晶圆批次量产，炉管内晶圆势必要垂直密集地竖放于晶舟上，这明显衍生沉积薄膜的厚度均匀性问题；因为平板边界层问题的假设已不合适，化学蒸气在经过第一片晶圆后，黏性
试题A 卷试题 答案 一、填空题 在离子镀膜成膜过程中，同时存在沉积和溅射作用，只有当前者超过后者时，才能发生薄膜的沉积 薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程 薄膜形成与生长的三种模式：层状生长，岛状生长，层状-岛状生长 在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V 只与 气体的压强P 和 电极距离 的乘积有关。 二、解释下列概念 1、气体分子的平均自由程 每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程，其统计平均值： 称为平均自由程， 2、饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发物质与固体或液体平衡过程中所表现出的压力。 3、凝结系数： 当蒸发的气相原子入射到基体表面上，除了被弹性反射和吸附后再蒸发的原子之外，完全被基体表面所凝结的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。 4、物理气相沉积法：物理气相沉积法 (Physical vapor deposition)是利用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程 5、溅射：溅射是指荷能粒子轰击固体表面 (靶)，使固体原子(或分子)从表面射出的现象 三、回答下列问题 1、真空的概念？怎样表示真空程度，为什么说真空是薄膜制备的基础？ 在给定的空间内，气体的压强低于一个大气压的状态，称为真空 真空度 、压强、气体分子密度：单位体积中气体分子数；气体分子的平均自由程；形成一个分子层所需的时间等 物理气相沉积法中的真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等是基本的薄膜制备技术。它们均要求沉积薄膜的空间有一定的真空度。 2、讨论工作气体压力对溅射镀膜过程的影响？ 在相对较低的压力下，电子的平均自由程较长，电子在阳极上消耗的几率增大，通过碰撞过程引起气体分子电离的几率较低。同时，离子在阴极上溅射的同时发射出二次电子的几率又由于气压较低而相对较小。这些均导致低压条件下溅射的速率很低。 在相对较低的压力下，入射到衬底表面的原子没有经过很多次碰撞，因而其能量较高，这有利于提供沉积时原子的扩散能力，提供沉积组织的致密性 在相对较高的压力下，溅射出来的靶材原子甚至会被散射回靶材表面沉降下来，因而沉积到衬底的几率反而下降 在相对较高的压力下，使得入射原子的能量降低，这不利于薄膜组织的致密化 溅射法镀膜的沉积速率将会随着气压的变化出现一个极大值 n 221πσλ=
物理气相沉积真空镀膜设备介绍 （上海大学材料科学与工程学院电子信息材料系，上海200444） 摘要：本文主要介绍了五类物理气相沉积的真空镀膜设备。五种设备分别为：电阻式蒸发装置、电子束蒸发装置、电弧蒸发装置、激光蒸发装置以及空心阴极蒸发装置。介绍了相关设备的原理，优缺点等。其中，着重列出了有关电子束蒸发装置的其中一个应用，是厚度为200μm左右的独立式的铁铬-Y2O3非晶态/晶态复合涂层的已经从基板温度500oC左右的铁铬和氧化钇材料的电子束物理气相沉积产生。 Abstract:It describes the five physical vapor deposition vacuum coating equipment in this article.Five kinds of equipment are: resistive evaporation apparatus, an electron beam evaporation apparatus, arc evaporation apparatus, laser evaporation apparatus and a hollow cathode evaporation apparatus.It introduces the principle of related equipment, advantages and disadvantages. Emphatically identifies the electron beam evaporation apparatus in which an application.It is that Freestanding FeCrAl-Y2O3 amorphous/crystalline composite coating with a thickness of about 200nm has been produced from electron-beam physical vapor deposition of FeCrAl and yttria materials with a substrate temperature of 500 ℃ around. 关键词：电阻式蒸发装置、电子束蒸发装置、电弧蒸发装置、激光蒸发装置、空心阴极蒸发装置 Keyword :Resistive evaporation apparatus, an electron beam evaporation apparatus, arc evaporation apparatus, a laser evaporation apparatus, a hollow cathode evaporation device
1 引言 自从1857年Faraday第一次观察到薄膜淀积的现象到现在，薄膜制造技术得到广泛的应用，从最早应用在玩具和纺织行业，到现在无所不在的集成电路，薄膜制备技术几乎渗透到我们日常生活的每个角落，据统计仅薄膜设备一项，全球每年的销售额可以达到数百亿美元，而应用这些薄膜设备制造的产品销售额要在100倍以上，不但应用广泛，薄膜淀积的技术也飞速进步，发展了很多种类，IC制造行业每5年就会更新一次设备，这其中有大量薄膜制备设备，薄膜淀积的面积从最初φ50mm（2英寸）到φ300mm（1 2英寸），薄膜厚度从零点几个纳米到几个毫米，可见薄膜制备技术一直在飞速的进步，相应的理论研究非常深入和广泛，从经典的热力学理论到建立在原子级观测的成核理论，几乎涉及到薄膜科学的每个方面，MEMS中的平面工艺可以说是薄膜淀积技术和光刻、刻蚀技术的组合，掩蔽层、牺牲层、LIGA技术中的电镀都离不开薄膜制备技术。MEMS中使用的薄膜制备可分为如下4类：（1）真空薄膜制备技术，主要包括：Physical Vapor Deposition （PVD）-原子直接通过气相从源到达衬底的表面，PVD和Chemi cal Vapor Deposition（CVD）--通过化学反应在衬底上形成薄膜；（2）热氧化法；（3）水溶液薄膜淀积即所谓的电镀技术--plating；（4）物理淀积（spin－on、sol－gel），可以看出MEMS中的薄膜制造技术，除了电镀技术都来自于传统的IC制造工艺。 2 讨论 2.1 真空薄膜淀积理论的研究概况 从薄膜淀积的现象被发现到现在，对薄膜淀积理论的研究一直在进行，其根本目的就是能够预言反应的过程，对实验提供指导，研究的范围涉及到薄膜淀积过程的各个层面，从宏观热力、动力学研究到建立在原子级观察基础上的微观动力学的研究，基本思想都是以热力学理论、反应动力学理论、表面物理理论、以及量子力学为基础。真空薄膜淀积的理论研究建立在经典的热力学理论和表面物理学化学理论基础之上，特别是由于表面研究手段不断丰富和进步，对薄膜的微观结构和表面生长的动力学的研究越来越深入和完善，无论是PVD还是CVD都是微观粒子运动到衬底表面，碰撞成核，然后聚集成膜的过程，对薄膜淀积的理论研究也集中在对这三个过程的研究上，由于PVD淀积是一个物理过程，相对CVD过程要简单一些，对PVD反应原理的研究作出重要贡献的三位科学家Lertz，Knudsen and Langnuir；1882年Hertz 最早测出了水银在高真空的淀积速率[2]，1915年knudsen提出封闭容器的knudsen-cell模型[3]，以及Langnuir在knudsen-cell基础上总结出knudsen-Langnuir[4]关系式等，后人在他们的基础上逐步完善着PVD的理论模型，CVD的理论研究主要是反应热力学理论和反应动力学理论的结合以及微观结构的研究，反应热力学主要研究反应的状态，是对反应静态的研究，反应动力学主要研究的是反应的过程，其核心思想是反应速度。由于化学反应的多样化和复杂性，理论模型也很多，随着表面观测的手段逐渐的丰富，例如：Transmission Electron Microscope （TEM）、Auger electron spectros-copy（AE S）、Reflection High Energy Electron Diffraction（RHEED）、low－energy electron diffracti on（LEED）等表面观测手段的不断进步基础之上，随着上述手段的进步，也提出了一些模型，学者们提出了图1所示的建立在表面物理化学理论基础上的3种模型：岛状生长模型、层状生长模型、Stranskikr astanov模型[5]，这些模型解释了不同的物理现象，但是还有待完善的地方。随着计算机广泛的应用于计算模拟，科学家们也推出了一些模拟软件用于薄膜制备的实验模拟，例如Erikson and Besmann开发的SOLGASMIX软件，Nolang开发的EKVICALC和EKVIBASE软件都广泛的应用在CVD系统的热动力学平衡计算当中[6－8]。
几种主要薄膜淀积技术简介 摘要：从薄膜淀积的现象被发现到现在，对薄膜淀积理论的研究一直在进行，薄膜制造技术作为材料制备的新技术而得到广泛的应用。本文介绍几种主要的薄膜淀积的技术，薄膜的形成机理，影响薄膜的主要因素以及优缺点。 关键词：薄膜淀积制备技术CVD PVD Abstract：From the phenomenon of the film depositing is found to now , research has been in progress，the film manufacturing technique widely used as technology and materials prepared. This paper mainly introduces several major film deposition technology, the formation mechanism and main factors of affecting, advantages and disadvantages. Key words: Thinfilm depositing; preparation technology; CVD; PVD 一．引言 自从1857年第一次观察到薄膜淀积的现象到现在，薄膜制造技术得到广泛的应用。这门新技术不仅涉及到物理学、化学、结晶学、表面科学和固体物开学等基础学科，还和真空、冶金和化工等技术领域密切相关。薄膜制备过程是将一种材料（薄膜材料）转移到另一种材料（基底）的表面，形成和基底牢固结合的薄膜的过程。根据成膜方法的基本原理，可以将其分为物理汽相淀积，化学汽相淀积和其他一些等。
薄膜材料与薄膜技术 第一章 1.真空度划分： 粗真空：105-102Pa 接近大气状态热运动为主 低真空：102-10-1Pa 高真空：10-1-10-6Pa 超高真空：<10-6Pa 2.吸附与脱附物理吸附与化学吸附 气体吸附：固体表面捕获气体分子的现象 物理吸附：没有选择性、主要靠分子之间的吸引力、容易发生脱附、一般只在低温下发生 化学吸附：在较高温度下发生、不容易脱附，只有气体和固体表面原子接触生成化合物才能产生吸附作用。 气体脱附：是吸附的逆过程。 3.旋片式机械真空泵 用油来保持各运动部件之间的密封，并靠机械的办法，使该密封空间的容积周期性地增大，即抽气；缩小，即排气，从而达到连续抽气和排气的目的。 4.分子泵 牵引泵：结构简单、转速小、压缩比大（效率低） 涡轮式分子泵：抽气能力高、压缩比小（效率高） 5.低温泵 深冷板装在第二级冷头上，温度为10-20k，板正面光滑的金属表面可以去除氮、氧等气体，反面的活性炭可以吸附氢、氦、氖等气体。通过两极冷头的作用，可以达到去除各种气体的目的，从而获得超高真空状态。 6.真空的测量 电阻真空计：压强越低，电阻越高（p↓→R↑）测量范围105---10-2Pa 热偶真空计：压强越低，电动势越高（p↓→?↑）测量范围102----10-1Pa
电离真空计：三种（BA型、热阴极、冷阴极） A：灯丝（发射极）F：栅极（加速极）G：收集极 第二章 1.薄膜制备的化学方法 以发生一定化学反应为前提，由热效应引起或由离子的电致分离引起。（热激活、离子激活）2.热氧化生长 在充气条件下，通过加热基片的方式可以获得大量的氧化物、氮化物和碳化物薄膜。 3.化学气相沉积 优缺点： 优点（记住四条）： ①成核密度高，均匀平滑的薄膜。 ②绕射性好，对于形状复杂的表面或工件的深孔、细孔等都能均匀覆膜。 ③不需要昂贵的真空设备。 ④残余应力小，附着力好，且膜致密，结晶良好。 ⑤可在大尺寸基片或多基片上进行。可一制备金属和非金属薄膜，成膜速率快，面积大。缺点： ①反应温度太高，而许多基材难以承受这样的高温②反应气体可能与设备发生化学反应。三个过程：反应物输运、化学反应、去除附产物 分类：常压式、低压式（NPCVD、LPCVD）热壁（>500℃）、冷壁（LTCVD） 发生的典型化学反应（记住四条）：分解反应、还原反应、氧化反应、氮化反应、碳化反应按照不同激活方式分类：
课程论文 课程名称电子功能材料制备 论文名称气相沉积法制备薄膜设备简单认识专业班级电子科学与技术091班 学生姓名胡启勇 学号0907010034 指导教师肖清泉周章渝 理学院 实验时间：2013年1月11日
气相沉积法制备薄膜设备 简单认识 一、背景基本知识简介 超导是指某些物质在一定温度条件下（一般为较低温度）电阻降为零的性质。1911年荷兰物理学家H·卡末林·昂内斯发现汞在温度降至4.2K附近时突然进入一种新状态，其电阻小到实际上测不出来，他把汞的这一新状态称为超导态。以后又发现许多其他金属也具有超导电性。低于某一温度出现超导电性的物质称为超导体。 人们极其地希望在能够获得在常温下的超导材料，随着集成电路的发展，人们想把超导材料应用到半导体器件中，而制备这样的薄膜成了目前科技条件下所必经的过程。 薄膜技术是指采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。总而言之，薄膜是由离子、分子和原子在沉积过程中形成的二维材料。 薄膜按不同的情况可以分为很多种分类方法。薄膜按物态可分为气态、液态和固态。按物性可分为硬质薄膜、声学薄膜、热学薄膜金属导电薄膜、半导体薄膜、超导薄膜、介电薄膜、磁阻薄膜、光学薄膜。 薄膜方面的应用很广泛，主要用于光学设备、集成电路、太阳能电池、液晶显示膜、光盘、磁盘、刀具硬化膜、建筑镀膜制品、塑料金属化制品。薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、太阳能等技术的核心基础。 物理气相沉积法是指在真空条件下，用物理的方法将材料汽化成原子、分子或是使其电离成为离子，并通过气相过程，在材料表面形成一层薄膜。化学气相沉积法是指在真空条件下，，利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间的化学反应途径生成固态薄膜的方法。这两种方法的应用非常普遍，有时单独用一种方法制备，有时两种方法一起用。下面所示的就是真空镀膜的装置示意图，它包括真空系统、蒸发系统、基片撑架、挡板、监控系统等几部分。
2020年薄膜沉积设备ALD 设备行业分析报告 2020年6月
目录 一、行业主管部门、主要法律法规和政策 (5) 1、行业主管部门与管理体制 (5) 2、行业政策及法规 (6) 二、行业发展概况 (12) 1、先进薄膜沉积设备制造行业概况 (12) 2、ALD技术及设备的发展历程 (13) （1）ALD技术基本原理 (13) （2）ALD技术的发展历程 (14) （3）ALD技术的发展前景 (17) 三、行业新技术新产业新业态新模式等近三年发展情况和未来发展趋势 (19) 1、不同电池结构和制备技术进步迅速，推进新工艺、新设备需求 (19) 2、集成电路设备国产化需求与趋势明确 (21) 3、新兴显示技术兴起拉动水汽阻隔需求 (22) 四、行业主要企业简况 (24) 1、光伏领域 (24) （1）理想能源 (25) （2）NCD株式会社 (25) （3）Meyer Burger (25) （4）Centrotherm (26) （5）捷佳伟创 (26) 2、集成电路领域 (27) （1）Lam Research (27)
（2）ASM International (27) （3）Applied Materials (27) （4）Tokyo Electron (27) （5）Hitachi Kokusai Electric (28) （6）北方华创 (28) （7）沈阳拓荆 (28) 3、柔性电子领域 (28) （1）Beneq (28) （2）Lotus (29) 五、行业发展态势 (29) 1、光伏行业的发展态势 (29) （1）光伏市场发展情况 (29) ①全球光伏行业仍存在巨大发展空间 (29) ②中国仍将是全球最大的光伏市场 (32) A、我国光伏市场整体情况 (32) B、中国将逐步实现光伏发电平价上网 (33) （2）电池片市场发展情况 (33) （3）光伏设备行业的发展情况 (35) ①全球光伏设备行业发展情况 (35) ②高效电池生产设备行业发展情况 (37) 2、集成电路行业的发展态势 (38) （1）集成电路行业发展态势 (38) ①全球市场发展情况 (39) ②我国集成电路市场发展情况 (40) ③全球晶圆制造市场发展情况 (43) （2）集成电路领域制造设备发展态势 (44) （3）我国集成电路制造设备市场情况 (46) （4）集成电路领域ALD设备应用前景 (47)
《薄膜材料与薄膜技术》复习题 1.薄膜材料与体材料的联系与区别。 1. 薄膜所用原料少，容易大面积化，而且可以曲面加工。例：金箔、饰品、太阳能电池，GaN，SiC，Diamond 2. 厚度小、比表面积大，能产生许多新效应。如：极化效应、表面和界面效应、耦合效应等。 3. 可以获得体态下不存在的非平衡和非化学计量比结构。如：Diamond: 工业合成, 2000℃，5.5万大气压, CVD生长薄膜:常压，800度.Mgx Zn1-x O: 体相中Mg的平衡固溶度为0.04, PLD法生长的薄膜中，x可0~1. 4. 容易实现多层膜，多功能薄膜。如：太阳能电池、超晶格： GaAlAs/GaAs 5. 薄膜和基片的粘附性，一般由范德瓦耳斯力、静电力、表面能（浸润）和表面互扩散决定。范德瓦耳 2. 真空度的各种单位及换算关系如何？ ●1pa=1N/m2(1atm)≈1.013×105Pa(帕) ●1Torr≈1 / 760atm≈1mmHg ●1Torr≈133Pa≈102 Pa ●1bar = 0.1MPa 3. 机械泵、扩散泵、涡轮分子泵和低温泵的工作原理是什么？ 旋片式机械泵 工作过程： 1.气体从入口进入转子和定子之间 2.偏轴转子压缩空气并输送到出口 3.气体在出口累积到一定压强，喷出到大气 工作范围及特点： Atmosphere to 10-3 torr 耐用，便宜 由于泵的定子、转子都浸入油中，每周期都有油进入容器，有污染。 要求机械泵油有低的饱和蒸汽压、一定润滑性、黏度和高稳定性。 油扩散泵 1. 加热油从喷嘴高速喷出，气体分子与油分子碰撞实现动量转移，向出 气口运动，或溶入油中，油冷凝后，重新加热时，排出溶入的气体，并 由出气口抽出； 2. 需要水冷，前级泵 3. 10-3 to 10-7 Torr (to 10-9 Torr，液氮冷阱) 优点：耐用、成本低，抽速快无震动和声音 缺点：油污染 涡轮分子泵特点： 1. 气体分子被高速转动的涡轮片撞击，向出口运动 2.多级速度：30,000-60,000 rpm.转子的切向速度与分子运动速率相当 3. Atmosphere to 10-10 Torr 4. 启动和关闭很快 5. 无油，有电磁污染 6. 噪声大、有振动、比较昂贵.