Ie726 processos de filmes finos
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Physical Vapor Deposition. IE726 – Processos de Filmes Finos. Capítulo 6 - Técnicas de Deposição: Pt2 - PVD. Ioshiaki Doi FEEC/UNICAMP. Physical Vapor Deposition. PVD (Physical Vapor Deposition). Vaporizando material sólido Aquecimento ou sputtering

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Presentation Transcript


Ie726 processos de filmes finos

Physical Vapor Deposition

IE726 – Processos de Filmes Finos

Capítulo 6 - Técnicas de Deposição: Pt2 - PVD

Ioshiaki Doi

FEEC/UNICAMP


Pvd physical vapor deposition

Physical Vapor Deposition

PVD (Physical Vapor Deposition)

  • Vaporizando material sólido

  • Aquecimento ou sputtering

  • Condensando vapor sobre a superfície do substrato

  • Processo: parte importante de metalização.


Pvd vs cvd

Physical Vapor Deposition

PVD vs. CVD

  • PVDcomeça com P(physical vapor deposition)

  • CVDcomeça com C (chemical vapor deposition).


Pvd vs cvd fontes

Physical Vapor Deposition

PVD vs. CVD: fontes

  • PVDmateriais sólidos

  • CVDgases ou vapor


Cvd vs pvd

CVD vs. PVD

PVD

CVD

Physical Vapor Deposition


Cvd vs pvd1

Physical Vapor Deposition

CVD vs. PVD

  • CVD:usa gases ou precursores em estado vapor e o filme depositado a partir de reações químicas sobre superfície do substrato.

  • PVD:vaporiza o material sólido por calor ou sputtering e recondensa o vapor sobre a superfície do substrato para formar o filme fino sólido.


Cvd vs pvd2

Physical Vapor Deposition

CVD vs. PVD

  • Filmes CVD: melhor cobertura de degrau.

  • Filmes PVD: melhor qualidade, baixa concentração de impurezas e baixa resistividade.

  • Processos PVD : empregados em processos de metalização na manufatura de CIs.

  • Filmes Finos Metálicos são utilizados para:

  • - Interconexão dos diversos dispositivos

  • - Alimentação dos dispositivos com tensões


M todos de pvd

Physical Vapor Deposition

Métodos de PVD

  • Evaporação

  • sputtering


Processo de deposi o pvd

Physical Vapor Deposition

Processo de Deposição PVD:

a) O material a ser depositado (fonte sólida) é convertido a fase vapor por processo físico.

b) O vapor é transportado da fonte até o substrato através de uma região de baixa pressão.

c) O vapor condensa sobre o substrato para formar o filme fino.


Convers o para fase gasosa

Physical Vapor Deposition

Conversão para Fase Gasosa

a) Adição de Calor  EVAPORAÇÃO.

b) Pelo desalojamento dos átomos da superfície do alvo através de transferência de momentum por bombardeio iônico – SPUTTERING.

  • A conversão para a fase gasosa pode ser feita por:


M todos de pvd1

Physical Vapor Deposition

MÉTODOS DE PVD:

a) - Evaporação


B sputtering

b) - SPUTTERING

Physical Vapor Deposition


Ie726 processos de filmes finos

Physical Vapor Deposition

PVD

Fase Gasosa

Fase Gasosa

Transporte

Condensação

Evaporação

Fase Condensada

(sólido)

Fase Condensada

(filme sólido)


F sica de evaporador

Physical Vapor Deposition

Física de Evaporador

Pressão de vapor:

Onde:

 é a tensão superficial do líquido;

N é o número de Avogadro;

H é a entalpia de evaporação (energia necessária para conversão da fase líquida-gás.


Press o de vapor de metais

Physical Vapor Deposition

Pressão de Vapor de Metais

Para uma taxa prática:  Pe > 10 mTorr

 Al  T = 1200 K

W  T = 3230 K

Pressão de Vapor de Metais comumente depositados por Evaporação.


Taxa de deposi o

Physical Vapor Deposition

Taxa de Deposição

  • Admitindo:

    • Líquido a temperatura constante;

    • Cadinho com área de abertura constante;

    • Wafer localizado sobre a superfície de uma esfera.


Taxa de deposi o1

Physical Vapor Deposition

Taxa de Deposição

  • Onde:

    •  é a densidade de massa (kg/m2);

    • Área é a área do wafer;

    • r é o raio da esfera.


Fonte virtual

Geometria arbitrária

Superfície esférica ( = )

Physical Vapor Deposition

Fonte Virtual

Fluxo viscoso

  • Ponto no espaço livre onde P cai o suficiente para resultar em fluxo molecular.

  • Posição do wafer.


Evapora o de al

Physical Vapor Deposition

Evaporação de Al:

a) Taxas são compatíveis (0.5 m/min.) ;

b) Átomos do metal impingem na lâmina com baixa energia

(~ 0.1 eV)  sem danos;

c) Uso de alto vácuo  baixa incorporação de gases;

d) Aquecimento não intencional deve-se apenas a :

- calor de condensação;

- radiação da fonte.


Limita es da evapora o

Physical Vapor Deposition

Limitações da Evaporação:

a) Difícil controle na evaporação de ligas;

b) Com sputtering é mais fácil melhorar cobertura de degrau;

c) e-beam  gera raio X quando os eletrons energéticos incidem sobre o metal alvo  causan danos no dispositivo.


Uniformidade do filme

Physical Vapor Deposition

Uniformidade do Filme:

Fonte pontual resultaria num filme uniforme sobre uma esfera.

Na prática :

- fonte não é pontual.

- acima da fonte forma-se uma região viscosa.

 uniformidade 

(, , r ) varia através da superfície do cadinho e do substrato.


Solu o

Physical Vapor Deposition

Solução:

Sistema planetário girante.

Superf. Esférica:  = 

  • Deposição:taxa uniforme e monitorada com fonte pontual.


Cobertura de degrau

Physical Vapor Deposition

Cobertura de Degrau

  • Cobertura de degrau de filme evaporado é pobre devido a natureza direcional do material evaporado (sombreamento). Maior limitação.

  • Aquecimento (resultando na difusão de superfície) e rotação do substrato (minimiza o sombreamento) auxilia a cobertura de degrau.

  • OK para AR < 0.5; marginal para 0.5 < AR < 1.

  • Pobre se AR > 1. Evaporação não forma filme contínuo para AR > 1.


Evapora o deposi o de ligas e compostos

Physical Vapor Deposition

Evaporação: Deposição de Ligas e Compostos


Tipos de evapora o

Physical Vapor Deposition

Tipos de Evaporação:

  • Aquecimento resistivo (filamentos)

  • Feixe de eletrons (e-beam)

  • Aquecimento indutivo.


Ie726 processos de filmes finos

Physical Vapor Deposition

1) Aquecimento Resistivo :

  • Material fonte em uma barquinha metálica suspensa por um filamento de W.

  • Al funde  molha o fio de W  evapora.


Tipos de cadinhos

Physical Vapor Deposition

Tipos de Cadinhos

Limitações:

- elevado grau de contaminação (impurezas do filamento);

- não permite evaporaração de metais refratários;

- carga pequena  espessura limitada;

- não consegue controlar com precisão a espessura do filme e

- difícil controle da composição de ligas  difícil de formar filmes compostos.


2 evapora o por feixe de el trons e beam

Physical Vapor Deposition

2) Evaporação por feixe de elétrons (e-beam) :

  • Sistema de Evaporação por e-beam. Fonte: arco de 270°, mais comum.


Caracter sticas do e beam

Physical Vapor Deposition

Características do e-beam

- é livre de contaminação - aquecimento;

- evapora qualquer material - função da potência e-beam;

- produz raio X, maior problema   danos de radiação  recozimento.


3 aquecimento indutivo

Physical Vapor Deposition

3) Aquecimento Indutivo :

  • Vantagens :

    - taxa  e sem limite na espessura e

    - não há raio X.

    Desvantagens :

    - há contato entre o Al fundido e o cadinho  contaminação;

    - complexidade do sistema RF e do processo.


Refer ncias

Physical Vapor Deposition

Referências :

1. S. Wolf and R. N. Tauber; Silicon Processing for the VLSI Era, Vol.1 – Process Technology, Lattice Press, 1986.

2. J. D. Plummer, M. D. Deal and P. B. Griffin; Silicon VLSI Technology – Fundamentals, Practice and Modeling, Prentice Hall, 2000.

3. S. A. Campbell; The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication, Oxford University Press, 1996.

4. S. M. Sze; VLSI Technology, McGraw-Hill, 1988.


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