中國鑄造網(wǎng)：隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，半導體器件的種類不斷增多。原始點接觸晶體管、合金晶體管、合金擴散晶體管、臺面晶體管、硅平面晶體管、TTL集成電路和N溝硅柵平面MOS集成電路等，其制造工藝及工藝之間的各道工序也有所差別。在硅平面晶體管工藝過程中，電極材料的制備技術(shù)是一項關(guān)鍵工藝，典型的制備技術(shù)主要有兩類：一類是電子束蒸發(fā)鍍膜技術(shù)，另一類是磁控濺射鍍膜方法。長期以來，在生產(chǎn)實踐中由于電了束蒸發(fā)與磁控濺射這兩種方法制備晶體管微電極各具優(yōu)勢，而且各自采用的設備和工藝不同，因而其產(chǎn)品質(zhì)量孰優(yōu)孰次一直存在爭論。本文就這一問題展開研究，詳細分析了常用電極材料Al通過這兩種方法制備成薄膜電極的膜厚控制、附著力、致密性、電導率和折射率等重要性能指標，測試結(jié)果分析表明磁控濺射鋁膜的綜合性能優(yōu)于電子束蒸發(fā)。
1實驗設備及優(yōu)化工藝參數(shù)
1.1電子束蒸發(fā)設備及優(yōu)化工藝參數(shù)
選用CHA-600型電子束蒸發(fā)臺。它主要由真空鍍膜室、真空系統(tǒng)和真空測量儀器的一部分構(gòu)成。真空鍍膜室主要由鐘罩、球面行星轉(zhuǎn)動基片架、基片烘烤裝置、磁偏轉(zhuǎn)電子槍、蒸發(fā)檔板及加熱裝置等構(gòu)件所組成;真空系統(tǒng)主要由機械泵的冷凝泵組成，選用冷凝泵可以更容易地抽到高真空狀態(tài)，避免了油擴散泵返油而產(chǎn)生污染真空室的現(xiàn)象;用離子規(guī)來測量真空度。坩堝選用石墨坩堝，避免了坩堝與Al反應生成化合物而污染Al膜，坩堝的位置處在行星架的球心位置，從而保證成膜厚度的均勻性。蒸鍍過程中膜厚的測量選用石英晶體膜厚監(jiān)控儀。電子束蒸發(fā)鍍Al的典型工藝參數(shù)為：真空度：2.6×10-4Pa;蒸發(fā)速率：20—25A/s;基片溫度：120°C;蒸距：45cm;蒸發(fā)時間：25min;電子槍電壓：9Kv;電子槍電流：0.2A。
1.2濺射設備及優(yōu)化工藝參數(shù)
選用ILC-1012MARKⅡ1012濺射裝置;操作簡單，并能保證產(chǎn)品質(zhì)量的均一性。此濺射臺主要由片盒卸室SL，片盒交換室TL，清洗室CL和濺射成膜室SP組成。所有濺射過程都是在這四個室中完成的，避免了空氣和雜質(zhì)的污染，能夠獲得高質(zhì)量的膜層。磁控濺射鍍Al的典型工藝參數(shù)為：本底真空度1.3×10-4Pa以下;濺射速率：8000A/min或者10000A/min基片溫度：200°C;靶-基距：5cm;陰極電壓：420V(在300—600V之間);電流：13A;濺射真空度：0.13—1.3Pa;濺射角：5—8°;濺射時間：2min/片，具體時間視片數(shù)而定。
2性能測試與分析
為了獲得性能良好的半導體電極Al膜，我們通過優(yōu)化工藝參數(shù)，制備了一系列性能優(yōu)越的Al薄膜。通過理論計算和性能測試，分析比較了電子束蒸發(fā)與磁控濺射兩種方法制備Al膜的特點。
2.1膜厚
嚴格控制發(fā)Al膜的厚度是十分重要的，因為Al膜的厚度將直接影響Al膜的其它性能，從而影響半導體器件的可靠性。對于高反壓功率管來說，它的工作電壓高，電流大，沒有一定厚度的金屬膜會造成成單位面積Al膜上電流密度過高，易燒毀。對于一般的半導體器件，Al層偏薄，則膜的連續(xù)性較差，呈島狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，引起壓焊引線困難，造成不易壓焊或壓焊不牢，從而影響成品率;Al層過厚，引起光刻時圖形看不清，造成腐蝕困難而且易產(chǎn)生邊緣腐蝕和“連條”現(xiàn)象。
采用電子束蒸發(fā)，行星機構(gòu)在沉積薄膜時均勻轉(zhuǎn)動，各個基片在沉積Al膜時的幾率均等;行星機構(gòu)的聚焦點在坩堝蒸發(fā)源處，各個基片在一定真空度下沉積速率幾乎相等。采用磁控濺射鍍膜方法，由于沉積電流和靶電壓可以控制，也即是濺射功率可以調(diào)節(jié)并控制，因此膜厚的可控性和重復性較好，并且可在較大表面上獲得厚度均勻的膜層。
Al膜厚度的測量可采用金屬膜厚測量儀，它是根據(jù)渦流原理設計制造的無損測厚儀。根據(jù)工藝參數(shù)，我們制備了一批試樣，樣品經(jīng)測試，濺射Al薄膜的平均厚度是1.825μm，電子束蒸發(fā)Al薄膜的平均厚度是1.663μm,均符合半導體器件電極對Al膜厚的要求(小信號為1.7±0.15μm;大功率為2.5±0.3μm。
為了更進一步地觀測膜厚及表面形貌，樣品放入環(huán)境掃描電子顯微鏡philipsXL30-ESEM中進行觀測，并根據(jù)視頻打印機輸出的SEM圖片可以看出，電子束蒸發(fā)的膜厚分散度較大，即均勻性較差。
2.2附著力
附著力反映了Al膜與基片之間的相互作用力，也是保證器件經(jīng)久耐用的重要因素。濺射原子能量比蒸發(fā)原子能量高1—2個數(shù)量級。高能量的濺射原子沉積在基片上進行的能量轉(zhuǎn)換比蒸發(fā)原子高得多，產(chǎn)生較高的熱能，部分高能量的濺射原子產(chǎn)生不同程度的注入現(xiàn)象，在基片上形成一層濺射原子與基片原了相互溶合的偽擴散層，而且，在成膜過程中基片始終在等離子區(qū)中被清洗和激活，清除了附著力不強的濺射原子，凈化且激活基片表面，增強了濺射原子與基片的附著力，因而濺射Al膜與基片的附著力較高。
測定附著力所采用的方法是測量Al膜從基片上剝離時所需要的力或者能量，我們采用剝離水法來測定附著力。
設薄膜單位面積的附著能為γ，則寬度為b,長度為a的薄膜的總附著能E=abγ(1)
用于剝離該薄膜的力F所作的功
Wp=Fa(1-sin(θ))(2)
如果是靜態(tài)剝離并忽略薄膜彎曲時所產(chǎn)生的彈性能，則F所作的功近似等于薄膜的總附著能，即Wp=E,于是F=bγ/(1-sin(θ))(3)
(3)式中F隨著θ角的變化而變化，不能真正反映薄膜的附著性能。當所加剝離力與薄膜垂直，即θ=0°時，則式簡化為
F=bγ(4)
根據(jù)測量所得的F便可計算出附著能γ=F/b。如果要直接計算單位長度的附著力f，根據(jù)定義并采用上述方法(θ=0°)進行剝離可得f=γ。可見，附著力的大小和附著能γ的數(shù)據(jù)相同，由于Al膜的附著能γ較高，所以其附著力較大。實驗測得的數(shù)據(jù)是：濺射Al膜的平均附著力25N，電子束蒸發(fā)Al膜的平均附著力為9.8N。這些數(shù)據(jù)和理論分析結(jié)論一致。
2.3致密性
考慮Al膜的致密性就相當于考慮Al膜的晶粒的大小，密度以及能達到均勻化的程度，因為它也直接影響Al膜的其它性能，進而影響半導體嘩啦的性能。
氣相沉積的多晶Al膜的晶粒尺寸隨著沉積過程中吸附原子或原子團在基片表面遷移率的增加而增加。
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