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Capítulo 6 - Técnicas de Deposição: Pt2 - PVD
Ioshiaki DoiFEEC/UNICAMP
IE726 – Processos de Filmes Finos
Physical Vapor Deposition
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•PVD (Physical Vapor Deposition)PVD (Physical Vapor Deposition)
Vaporizando material sólidoAquecimento ou sputteringCondensando vapor sobre a superfície
do substratoProcesso: parte importante de
metalização.
Physical Vapor Deposition
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PVD vs. CVDPVD vs. CVD
PVD começa com P (physical vapor deposition)
CVD começa com C (chemical vapor deposition).
Physical Vapor Deposition
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PVD vs. CVD: fontesPVD vs. CVD: fontes
PVD materiais sólidosCVD gases ou vapor
Physical Vapor Deposition
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CVD vs. PVDCVD vs. PVD
Physical Vapor Deposition
CVD PVD
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Physical Vapor Deposition
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. PVDCVD vs. PVD
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•Filmes Finos Metálicos são utilizados para:
- Interconexão dos diversos dispositivos
- Alimentação dos dispositivos com tensões
• Filmes CVD: melhor cobertura de degrau.
• Filmes PVD: melhor qualidade, baixa concentração de impurezas e baixa resistividade.
Physical Vapor Deposition
• Processos PVD : empregados em processos de metalização na manufatura de CIs.
CVD vs. PVDCVD vs. PVD
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Métodos de PVDMétodos de PVD
Evaporaçãosputtering
Physical Vapor Deposition
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Processo de Deposição PVD: 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.
Physical Vapor Deposition
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a) Adição de Calor EVAPORAÇÃO. b) Pelo desalojamento dos átomos da
superfície do alvo através de transferência de momentum por bombardeio iônico – SPUTTERING.
Physical Vapor Deposition
Conversão para Fase Conversão para Fase GasosaGasosa
• A conversão para a fase gasosa pode ser feita por:
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Physical Vapor Deposition
MÉTODOS DE PVD:MÉTODOS DE PVD:
a) - Evaporação
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b) - SPUTTERINGb) - SPUTTERING
Physical Vapor Deposition
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PVDPVD
Physical Vapor Deposition
Fase Gasosa
Fase Condensada(sólido)
Fase Gasosa
Fase Condensada(filme sólido)
Evaporação
Transporte
Condensação
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Física de EvaporadorFísica de Evaporador
Physical Vapor Deposition
Pressão de vapor:
)(
0
)(2/12/312103 kT
E
NkT
H
e
a
ePeTxP
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.
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•Pressão de Vapor de Pressão de Vapor de MetaisMetais
Para uma taxa prática: Pe > 10 mTorr
Al T = 1200 K
W T = 3230 K
Pressão de Vapor de Metais comumente depositados por
Evaporação.
Physical Vapor Deposition
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Taxa de DeposiçãoTaxa de Deposição
Admitindo:
– Líquido a temperatura constante;– Cadinho com área de abertura
constante;– Wafer localizado sobre a
superfície de uma esfera.
Physical Vapor Deposition
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Taxa de DeposiçãoTaxa de Deposição
22 42 r
Área
T
P
k
mR ed
Onde:
é a densidade de massa (kg/m2);
Área é a área do wafer;
r é o raio da esfera.
Physical Vapor Deposition
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Fonte VirtualFonte VirtualPhysical Vapor Deposition
Fluxo viscoso
Geometria arbitrária Superfície esférica ( = )
• Ponto no espaço livre onde P cai o suficiente para resultar em fluxo molecular.
Posição do wafer.
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Evaporação de Al: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.
Physical Vapor Deposition
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•Limitações da Evaporação:Limitações da Evaporação:
Physical Vapor Deposition
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.
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Uniformidade do Uniformidade do Filme: Filme:
Physical Vapor Deposition
Fonte pontual resultaria num filme uniforme sobre uma esfera.
(, , r ) varia através da superfície do cadinho e do substrato.
Na prática : - fonte não é pontual.
- acima da fonte forma-se uma região viscosa.
uniformidade
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Solução:Solução:
Sistema planetário girante.
Superf. Esférica: =
Physical Vapor Deposition
•Deposição: taxa uniforme e monitorada com fonte pontual.
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Cobertura de DegrauCobertura de Degrau
Physical Vapor Deposition
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.
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•Evaporação: Deposição de Ligas e CompostosEvaporação: Deposição de Ligas e Compostos
Physical Vapor Deposition
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Tipos de Evaporação:Tipos de Evaporação:
Aquecimento resistivo (filamentos)Feixe de eletrons (e-beam)Aquecimento indutivo.
Physical Vapor Deposition
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1) Aquecimento Resistivo :
• Material fonte em uma barquinha metálica suspensa por um filamento de W.
Al funde molha o fio de W evapora.
Physical Vapor Deposition
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Tipos de CadinhosTipos de Cadinhos
Physical Vapor Deposition
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.
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Sistema de Evaporação por e-beam. Fonte: arco de 270°, mais comum.
Physical Vapor Deposition
2) Evaporação por feixe de elétrons (e-beam) :2) Evaporação por feixe de elétrons (e-beam) :
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Características do e-Características do e-beambeam
Physical Vapor Deposition
- é livre de contaminação - aquecimento;
- evapora qualquer material - função da potência e-beam;
- produz raio X, maior problema danos de radiação recozimento.
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3) Aquecimento Indutivo :
Physical Vapor Deposition
• 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.
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Physical Vapor Deposition
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.
Referências :