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化學(xué)氣相沉積法在金屬材料方面的使用

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化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)金屬銥高溫涂層從20世紀(jì)80年代起，NASA 開始嘗試使用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積法制取出使用錸基銥作為涂層的復(fù)合噴管，并獲得了成功，這時(shí)化學(xué)氣相沉積法在生產(chǎn)金屬涂層領(lǐng)域才有了一定程度上的突破。

NASA 使用了C15H21IrO6作為制取銥涂層的材料，并利用 C15H21IrO6的熱分解反應(yīng)進(jìn)行沉積。銥的沉積速度很快，可以達(dá)到3~20μm/h。 沉積厚度也達(dá)到了50μm，C15H21IrO6的制取效率達(dá) 70%以上。

化學(xué)氣相沉積的過程介紹

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具體說來，基于輝光放電方法的PECVD技術(shù)，能夠使得反應(yīng)氣體在外界電磁場的激勵(lì)下實(shí)現(xiàn)電離形成等離子體。在輝光放電的等離子體中，電子經(jīng)外電場加速后，其動能通常可達(dá)10eV左右，甚至更高，足以破壞反應(yīng)氣體分子的化學(xué)鍵，因此，通過高能電子和反應(yīng)氣體分子的非彈性碰撞，就會使氣體分子電離（離化）或者使其分解，產(chǎn)生中性原子和分子生成物。在輝光放電的等離子體中，電子經(jīng)外電場加速后，其動能通常可達(dá)10eV左右，甚至更高，足以破壞反應(yīng)氣體分子的化學(xué)鍵，因此，通過高能電子和反應(yīng)氣體分子的非彈性碰撞，就會使氣體分子電離（離化）或者使其分解，產(chǎn)生中性原子和分子生成物。正離子受到離子層加速電場的加速與上電極碰撞，放置襯底的下電極附近也存在有一較小的離子層電場，所以襯底也受到某種程度的離子轟擊。因而分解產(chǎn)生的中性物依擴(kuò)散到達(dá)管壁和襯底。這些粒子和基團(tuán)（這里把化學(xué)上是活性的中性原子和分子物都稱之為基團(tuán)）在漂移和擴(kuò)散的過程中，由于平均自由程很短，所以都會發(fā)生離子-分子反應(yīng)和基團(tuán)-分子反應(yīng)等過程。到達(dá)襯底并被吸附的化學(xué)活性物（主要是基團(tuán)）的化學(xué)性質(zhì)都很活潑，由它們之間的相互反應(yīng)從而形成薄膜。

ICP刻蝕機(jī)的結(jié)構(gòu)

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ICP設(shè)備主要包括預(yù)真空室、刻蝕腔、供氣系統(tǒng)和真空系統(tǒng)四部分。

（1）預(yù)真空室預(yù)真空室的作用是確保刻蝕腔內(nèi)維持在設(shè)定的真空度，不受外界環(huán)境（如：粉塵、水汽）的影響，將危險(xiǎn)性氣體與潔凈廠房隔離開來。它由蓋板、機(jī)械手、傳動機(jī)構(gòu)、隔離門等組成。

（2）刻蝕腔體刻蝕腔體是ICP 刻蝕設(shè)備的核心結(jié)構(gòu)，它對刻蝕速率、刻蝕的垂直度以及粗糙度都有直接的影響。刻蝕腔的主要組成有：上電極、ICP 射頻單元、RF 射頻單元、下電極系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)等組成。

（3）供氣系統(tǒng)供氣系統(tǒng)是向刻蝕腔體輸送各種刻蝕氣體，通過壓力控制器（PC）和質(zhì)量流量控制器（MFC）準(zhǔn)確的控制氣體的流速和流量。氣體供應(yīng)系統(tǒng)由氣源瓶、氣體輸送管道、控制系統(tǒng)、混合單元等組成。

（4）真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)有兩套，分別用于預(yù)真空室和刻蝕腔體。預(yù)真空室由機(jī)械泵單獨(dú)抽真空，只有在預(yù)真空室真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，才能打開隔離門，進(jìn)行傳送片。刻蝕腔體的真空由機(jī)械泵和分子泵共同提供，刻蝕腔體反應(yīng)生成的氣體也由真空系統(tǒng)排空。

ICP刻蝕機(jī)的檢測技術(shù)

預(yù)報(bào)式檢測

隨著主流半導(dǎo)體工藝技術(shù)由0.18 μm 逐漸轉(zhuǎn)移到0.13 μm工藝，以及較新的90 nm 工藝成功研發(fā)及投入使用。半導(dǎo)體器件的特征尺寸進(jìn)一步減小，柵氧層的厚度越來越薄。6x10-4Pa(經(jīng)烘烤除氣后，采用FF160/600分子泵抽氣)。90 nm工藝中，柵氧層的厚度僅為1.2 nm。如果等離子體刻蝕工藝控制不好， 則非常容易出現(xiàn)柵氧層的損傷；同時(shí)， 所使用的晶片尺寸增至300mm， 暴露在等離子體轟擊下的被刻蝕面積不斷縮小，所檢測到的終點(diǎn)信號的強(qiáng)度下降，信號的信噪比降低。所有這些因素都對終點(diǎn)檢測技術(shù)本身及其測量結(jié)果的可靠性提出了更加嚴(yán)格的要求。在0.18 μm工藝時(shí)，使用單一的OES檢測手段就可滿足工藝需求;進(jìn)入0.13 μm 工藝后，就必須結(jié)合使用OES 及IEP 兩種檢測手段。由于IEP技術(shù)可以在刻蝕終點(diǎn)到達(dá)之前進(jìn)行預(yù)報(bào)，因而被稱為預(yù)報(bào)式終點(diǎn)檢測技術(shù)。

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