Capítulo 6 - Técnicas de Deposição: Pt2 - PVD
Ioshiaki DoiFEEC/UNICAMP
IE726 – Processos de Filmes Finos
Physical Vapor Deposition
•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
PVD vs. CVDPVD vs. CVD
PVD começa com P (physical vapor deposition)
CVD começa com C (chemical vapor deposition).
Physical Vapor Deposition
PVD vs. CVD: fontesPVD vs. CVD: fontes
PVD materiais sólidosCVD gases ou vapor
Physical Vapor Deposition
CVD vs. PVDCVD vs. PVD
Physical Vapor Deposition
CVD PVD
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
•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
Métodos de PVDMétodos de PVD
Evaporaçãosputtering
Physical Vapor Deposition
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
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:
Physical Vapor Deposition
MÉTODOS DE PVD:MÉTODOS DE PVD:
a) - Evaporação
b) - SPUTTERINGb) - SPUTTERING
Physical Vapor Deposition
PVDPVD
Physical Vapor Deposition
Fase Gasosa
Fase Condensada(sólido)
Fase Gasosa
Fase Condensada(filme sólido)
Evaporação
Transporte
Condensação
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.
•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
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
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
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.
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
•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.
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
Solução:Solução:
Sistema planetário girante.
Superf. Esférica: =
Physical Vapor Deposition
•Deposição: taxa uniforme e monitorada com fonte pontual.
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.
•Evaporação: Deposição de Ligas e CompostosEvaporação: Deposição de Ligas e Compostos
Physical Vapor Deposition
Tipos de Evaporação:Tipos de Evaporação:
Aquecimento resistivo (filamentos)Feixe de eletrons (e-beam)Aquecimento indutivo.
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.
Physical Vapor Deposition
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.
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) :
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.
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.
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 :