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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 DepositionPVD (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 DepositionPVD vs. CVD
  • PVD começa com P(physical vapor deposition)
  • CVD começa com C (chemical vapor deposition).
pvd vs cvd fontes
Physical Vapor DepositionPVD vs. CVD: fontes
  • PVD materiais sólidos
  • CVD gases ou vapor
cvd vs pvd
CVD vs. PVD

PVD

CVD

Physical Vapor Deposition

cvd vs pvd1
Physical Vapor DepositionCVD 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 DepositionCVD 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
processo de deposi o pvd
Physical Vapor DepositionProcesso 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 DepositionConversão 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:
b sputtering
b) - SPUTTERING

Physical Vapor Deposition

slide13
Physical Vapor DepositionPVD

Fase Gasosa

Fase Gasosa

Transporte

Condensação

Evaporação

Fase Condensada

(sólido)

Fase Condensada

(filme sólido)

f sica de evaporador
Physical Vapor DepositionFísica 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 DepositionPressão 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 DepositionTaxa 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 DepositionTaxa 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 DepositionEvaporação 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 DepositionLimitações 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 DepositionUniformidade 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 DepositionSolução:

Sistema planetário girante.

Superf. Esférica:  = 

  • Deposição:taxa uniforme e monitorada com fonte pontual.
cobertura de degrau
Physical Vapor DepositionCobertura 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.
tipos de evapora o
Physical Vapor DepositionTipos de Evaporação:
  • Aquecimento resistivo (filamentos)
  • Feixe de eletrons (e-beam)
  • Aquecimento indutivo.
slide26
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 DepositionTipos 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 Deposition2) 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 DepositionCaracterísticas 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 Deposition3) 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 DepositionReferências :

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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