PVD基础知识.ppt

一 气相沉积 气相沉积可以分为三类 真空蒸镀1 PVD离子镀溅射镀常压CVD2 CVD低压CVD光CVD金属有机化合物热分解射频PECVD3 PECVD直流PECVD射频直流PECVD 4 PVD全称 物理气相沉积 Physicalvapordispotion 5 PVD工艺目的 沉积AL作为背电极 收集单位面积载流子 减少出射光 提高光在非晶硅薄膜中的利用率 填充2nd激光凹槽 作为子电池正负电极的内连导线 二 PVD八大系统 1 真空室PVD真空室可以分为五室 八室 十室 一车间的为五室 八室 二 三车间的为八室 四车间的为十室 十室PVD是在八室PVD的基础上多了两个溅射室 真空状态可以分为三种 低真空 10E2pa 10E5pa中真空 10E 1pa 10E2pa高真空 10E 5pa 10E 1pa溅射室溅射真空度一般为 9 9E 2 9 9E 1pa 2 真空系统PVD泵组分为 罗茨泵 机械泵和分子泵 罗茨泵 在1 100pa有较大抽速 弥补了旋片式机械泵抽速小的缺陷 罗茨泵不能从大气压开始工作 也不能直接将气体排出大气 因此它必须配以前级泵 机械泵 主要室抽大气 抽气体时气压变高 气压还未达到1atm时 部分水蒸汽凝结成液体 混入泵油中的水珠蒸发变成水蒸汽进入泵体 影响抽气效果 真空泵油中混入水珠后 使油性恶化 机械泵油小气孔掺气阀门 在气体未凝结成水之前 将水汽排出 分子泵 分子泵抽高真空 5pa一下才可以开启 大于50pa会烧坏 3 进气系统PVD进气系统主要有 破空阀 Ar气 氧气门阀 破空阀将外界空气放入真空腔室内部 Ar气 氧气门阀主要用来在溅射室通入Ar气 氧气等正常工艺所需气体 4 真空测量系统 PVD每个腔室都有一个真空硅 它有一个探针伸入到真空室内 在中真空和高真空状态测量较准确 在低真空状态测量较准确 5 加热系统 PVD进片室 隔离室 缓冲室都由碘钨灯或者钢管进行加热的部件 加热主要是工艺需要 6 工件传送系统PVD每个腔室都有一个电机 电机的转速由变频器控制1 2 3 8 9 10室是高速传送 4 5 6 7室是低速传送 调整高速度和低速度的参数 可以改变其大小 7 冷却系统PVD冷却系统由两种 水冷与风冷 风冷是讲热气流直接通过管道排出去 进出片室与溅射室的大组合泵属于水冷 隔离室两个小组合泵属于风冷 靶材冷却时是与总冷却水管独立开来 靶材冷却时需要较低的温度 8 磁控溅射靶 磁控溅射分为四种 直流溅射 射频溅射 脉冲溅射 中频溅射 我们的PVD只用到了中频溅射与直流溅射 中频溅射 中频溅射用的是中频电源 中频电源用的室两个相位不同 振幅相同 频率相同的电压 中频电源的作用 避免了阴极消失 阴极中毒 提高了磁控溅射靶的稳定性 中频靶的原理 它利用孪生靶溅射系统 即将中频交流电的两输出端 接到闭合磁场非平衡溅射的各自阴极上 直流溅射 直流溅射用的是直流电源 直流靶可以分为 银靶 铝靶 镍镉靶 直流溅射的原理 直流溅射过程中有一系列物理化学反应 如 二次粒子发射 阴极溅射 气体的解吸与分解 阴极被加热 a 阴极溅射 在溅射室中通入的Ar气在高压作用下电离成Ar正离子和电子 Ar正离子在阴极作用下加速 与靶材撞击释放能量 Al原子脱离晶格束缚 Al原子高速度飞向基片 沉积形成薄膜 b 二次粒子发射 原理图见版书 Al正离子轰击阴极时 发生二次粒子发射产生二次电子 二次电子在靶表面以摆线方式前进 二次电子在阴极暗区被加速到相应的速度称为一次电子 一次电子进入辉光区 能量低于Ar气电离所需要的能量 激发产生强烈的辉光 因此磁控溅射过程伴随着辉光效应 直流二级溅射的放电是靠正离子轰击阴极所产生的二次电子经阴极暗区加速后去补充一次电子的消耗来维持溅射过程 溅射效应室手段 沉积是目的 电离效应室条件 三 PVD腔室结构 原理图见版书 PVD有十个腔室 进片室 隔离室1 缓冲室1 溅射室1 2 3 4 缓冲室2 隔离室2 出片室 上料台 上料台有三个感应器 只有后两个感应器同时亮时才会自动定位 进片室门阀自动打开 两组间隔时间由加热时间和传动速度决定 一般大于68秒 上料之前需要进行掩膜 掩膜的目的是防止边缘镀铝后扫边未扫干净 造成边缘短路 功率降低 进片室 作用 在真空状态与大气状态进行交替 使芯片能够进入高真空的隔离室和溅射室 进片室有碘钨灯用于加热 隔离室 作用 隔离进片室和溅射室 使溅射室的高真空不会受到进片室的中真空影响 提高溅射镀膜的效果 隔离室有钢管制成的加热棒 用于给芯片加热 缓冲室 作用 进行高低速度转换 使芯片在溅射室内处于低速状态 增加膜厚 在进出片室隔离室处于高速状态 降低PVD的镀膜时间 缓冲室与隔离室一样 有钢管制成的加热棒 用于给芯片加热 溅射室 PVD有四个溅射室 前两个是中频溅射 ZnO 室 后两个室是直流溅射室 a 中频溅射室 ZnO靶材的结构 ZnO靶材属于陶瓷 有三层结构 ZnO层 铟层和铜层 在ZnO靶材与冷却箱之间加了一层石墨 用于加强冷却效果 ZnO靶材的作用 能更有效地减少出射光 提高光在非晶硅薄膜中的利用率 b 直流溅射室 直流靶材的结构 直流靶材可以为Al靶 银靶或镍镉靶 Al靶冷却效果较好 比较常用 Ag靶电导率较大 镀出来的膜电阻较小 但是容易脱膜 在镀过ZnO或功率小于5kw时不易脱膜 NiCr靶电阻太大 比较不常用 在低速和功率相同时 不同靶材的电阻如下 靶材电阻R 欧 Al3Ag0 9NiCr90 四