Capнtulo 6 - Tйcnicas de Deposiзгo: Pt2 - PVD

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IE726 Processos de Filmes Finos
Physical Vapor Deposition

• Capítulo 6 - Técnicas de Deposição Pt2 - PVD

Ioshiaki Doi FEEC/UNICAMP
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PVD (Physical Vapor Deposition)
Physical Vapor Deposition

• Vaporizando material sólido
• Aquecimento ou sputtering
• Condensando vapor sobre a superfície do substrato
• Processo parte importante de metalização.

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PVD vs. CVD
Physical Vapor Deposition

• PVD começa com P (physical vapor deposition)
• CVD começa com C (chemical vapor deposition).

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PVD vs. CVD fontes
Physical Vapor Deposition

• PVD materiais sólidos
• CVD gases ou vapor

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CVD vs. PVD
Physical Vapor Deposition
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CVD vs. 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.

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CVD vs. PVD
Physical Vapor Deposition

• 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

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Métodos de PVD
Physical Vapor Deposition

• Evaporação
• sputtering

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Processo de Deposição PVD
Physical Vapor Deposition

• 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.

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Conversão para Fase Gasosa
Physical Vapor Deposition

• A conversão para a fase gasosa pode ser feita
  por

• a) Adição de Calor ? EVAPORAÇÃO.
• b) Pelo desalojamento dos átomos da superfície do
  alvo através de transferência de momentum por
  bombardeio iônico SPUTTERING.

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MÉTODOS DE PVD
Physical Vapor Deposition

• a) - Evaporação

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b) - SPUTTERING
Physical Vapor Deposition
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PVD
Physical Vapor Deposition
Fase Gasosa
Fase Gasosa
Transporte
Condensação
Evaporação
Fase Condensada (sólido)
Fase Condensada (filme sólido)
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Física de Evaporador
Physical Vapor Deposition
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.
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Pressão de Vapor de Metais
Physical Vapor Deposition
Pressão de Vapor de Metais comumente depositados
por Evaporação.

• Para uma taxa prática ? Pe gt 10 mTorr
• ? Al ? T 1200 K
• W ? T 3230 K

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Taxa de Deposição
Physical Vapor Deposition

• Admitindo
• Líquido a temperatura constante
• Cadinho com área de abertura constante
• Wafer localizado sobre a superfície de uma esfera.

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Taxa de Deposição
Physical Vapor Deposition

• Onde
• ? é a densidade de massa (kg/m2)
• Área é a área do wafer
• r é o raio da esfera.

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Fonte Virtual
Physical Vapor Deposition
Fluxo viscoso

• Ponto no espaço livre onde P cai o suficiente
  para resultar em fluxo molecular.

• Posição do wafer.

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Evaporação de Al
Physical Vapor Deposition

• 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.

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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 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
Physical Vapor Deposition
Sistema planetário girante. Superf. Esférica ?
?

• Deposição taxa uniforme e monitorada com fonte
  pontual.

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Cobertura 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 lt 0.5 marginal para 0.5 lt AR lt 1.
• Pobre se AR gt 1. Evaporação não forma filme
  contínuo para AR gt 1.

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Evaporação Deposição de Ligas e Compostos
Physical Vapor Deposition
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Tipos de Evaporação
Physical Vapor Deposition

• Aquecimento resistivo (filamentos)
• Feixe de eletrons (e-beam)
• Aquecimento indutivo.

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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.

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Tipos 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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2) Evaporação por feixe de elétrons (e-beam)
Physical Vapor Deposition

• Sistema de Evaporação por e-beam. Fonte arco de
  270, mais comum.

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Características do e-beam
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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Referências
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.