實驗三十五等離子增強化學氣相沉積制備介質薄膜材料實驗名稱：等離子增強化學氣相沉積〔PECVD〕制備介質薄膜材料實驗工程性質：綜合訓練所涉及課程：集成電路工藝原理方案學時：2學時實驗目的了解真空的獲得方法和測量技術；了解機械泵、工作原理和操作方法；掌握化學汽相沉積法制備薄膜材料的原理和方法。實驗原理真空的獲得和測量真空存在于一個封閉的且壓力比周圍大氣壓小很多的環境中。壓強大于102Pa的低真空系統只需初級泵〔如機械泵〕就可獲得。中級真空和高級真空的獲得需要初級泵(前級泵〕和高級泵〔次級泵〕共同作用，如圖1所示。預真空閥初級泵預真空閥初級泵高真空閥高真空泵反響室低真空閥圖1高真空系統與真空環境獲得方法密切相關的是真空的測量技術，根據真空度〔氣體壓力〕的范圍的不同，其測量方法和原理也各不同。真空測量元件常被稱為真空規，真空測量技術分為低真空和高真空測量，常用的有三種方法：熱偶真空規：氣體的熱導率隨氣體壓力變化，通過熱電偶測出熱絲的溫度，也就相應的測出了環境的氣體壓強。測量范圍0.1-100Pa.薄膜真空規:通過薄膜在氣體壓力差下產生機械位移，測量電極間電容，對氣壓進行絕對測量，測量結果與氣體種類無關。測量范圍：10-3-100Pa電離真空規:由陰極，陽極和離子收集極組成，熱陰極發射電子飛向陽極的過程中，使氣體分子電離，并被離子收集極收集形成電流，根據離子電流測出氣體壓強。測量范圍：10-9-1Pa2．等離子體增強化學氣相沉積制備薄膜的根本原理化學氣相沉積〔CVD〕是制備各種各樣薄膜材料的一種重要和普遍使用的技術，利用這一技術可以在各種基片上制備元素及化合物薄膜。在化學氣相沉積過程中，氣體與氣體在包含基片的真空室中相混合。在適當的溫度下，氣體發生化學反響將反響物沉積在基片外表最終形成固態薄膜。在所有化學氣相沉積過程中所發生的化學反響是非常重要的。等離子增強化學氣相沉積〔PECVD〕是使用等離子體能量來產生并維持CVD反響。等離子體的根本作用是促進化學反響，在等離子體中電子的平均能量〔1-20eV〕足以使大多數氣體電離或分解，從而使PECVD的反響溫度遠低于LPCVD的反響溫度，各種薄膜材料都可以在溫度敏感的基片上形成。在真空室中施加射頻〔13.56MHz〕功率使氣體分子分解，被激發的分子具有化學活性很容易與其它原子鍵合形成粘附在襯底外表的薄膜，如圖2所示。氣態的副產物通過真空泵系統排出。在襯底外表發生的等離子增強CVD很復雜。沉積形成的薄膜的結構合性質依賴于諸多因素：如電極的構造〔電容式或電感式〕、電極之間的距離、射頻電源的功率、氣體的組分、氣體的壓強、氣體的流速以及襯底的溫度等等。射頻等離子體增強化學汽相沉積系統主要由以下幾局部組成：〔1〕真空反響室；〔2〕射頻耦合電極；〔3〕加熱樣品盤；〔4〕氣路系統；〔5〕真空抽氣系統；〔6〕升降系統；〔7〕真空測量系統；〔8〕電器控制系統。圖2等離子體增強CVD中薄膜的形成實驗內容反響室進行抽真空，學會真空系統的操作規程在玻璃和單晶硅襯底上制備出類金剛石薄膜實驗儀器設備和材料清單等離子增強化學氣相沉積設備，乙炔，載玻片，硅片，酒精，丙酮實驗步驟實驗前的準備工作1．清洗好用于沉積薄膜的襯底2．根據實驗要求，調好樣品盤與射頻電極的距離3．關閉真空系統的所有閥門4．翻開冷卻水進水閥，保證冷卻水暢通。5．實驗前，請認真閱讀實驗指導書〔二〕實驗程序1．抽真空按總電源按紐開關“開〞，此時，總供電源的電已經加上，各電源都處于準備工作狀態按機械泵按紐開關“啟動〞，機械泵開始工作，翻開“手動碟閥〞。此時機械泵對反響室進行抽氣。開啟復合真空計即可測系統的真空度。背底真空度到達幾3Pa-5Pa2．制備薄膜〔4〕待真空度到達實驗要求，反響室充氣：翻開氣瓶閥門，翻開流量計開關，調節流量計旋紐，翻開V1閥，反響室的總氣壓為維持在10-15Pa左右.〔7〕開啟射頻電源，使輸出功率為80W左右。[需要的話可對襯底加熱]。薄膜開始生長。〔三〕停機實驗結束后，先關閉射頻電源，{負偏壓電源，襯底加熱電源}，氣源，5-10分鐘后，關閉手動碟閥，關閉機械泵。〔四〕取樣系統停機后，可由充氣閥向系統充入大氣，待系統充好氣后，翻開真空室蓋子，取出樣品。切忌沒有充氣，就打蓋子，防止出現意外事故。考前須知操作前，請仔細閱讀實驗指導書和各種相關部件的說明書。由于射頻電源兩極懸空，故電源面板有剩余電量，做實驗時小心面板漏電，造成傷害。做射頻實驗時，為平安起見，請關閉復合真空計，由上海振太薄膜真空計監測真空度。射頻電源工作前需預熱5分鐘，關閉后應冷卻5分鐘。熱絲加熱電源當調節電壓時電流增大的過程中，電源內部回有些咝咝的響聲，此屬正常現象。設備要注意良好接地。六、實驗報告要求實驗目的；實驗內容；實驗設備〔儀器〕，材料；實驗方案設計；實驗數據記錄與處理；實驗結果分析；總結。七、考核型式書面實驗報告及實際操作相結合