物理气相沉积CVD[沐风教学]

1、 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 1 Sputter工艺介绍 2 Sputter成膜与关键参数 3 Sputter 常见异常介绍 4 Sputter工艺应用 1 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 uPVD-物理气相沉积技术（PhysicalVaporDeposition） 物理气相沉积技术（PhysicalVaporDeposition，PVD）表示在真空条件下， 采用物理方法，将材料气化成气体原子、分子或电离成离子，并通过气相过程， 在基体表面沉积具有特殊功能薄膜的技术。 定义 沉积基本过程 l从原材料中发射粒子（通过蒸发、升华、溅射等过

2、程） l粒子输运到基板（粒子间发生碰撞，产生离化、复合、反应，能量的交换和运 动方向的变化） l粒子在基板上凝结。成核、生长和成膜。 分类 2 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 uSputter-溅射 溅射镀膜是指在真空条件中，利用等离子体轰击靶材表面，通过碰撞能量交换使 靶材表面原子获得足够大的动能而脱离表面最终在基片上沉积的技术。 基本原理 阳极(+) 靶材 玻璃基板 Ar+ 等离子体 真空溅射腔 ArAr 气气 阴极(-) 3 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 溅射产生过程 入射离子与样 品原子碰撞 动能转换 原子动能超 过势垒 离位原

3、子 产生 碰撞级联 原子动能超 过结合能 表面原子逸 出 4 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 Sputter 特点 （1）对于任何待镀材料，只要能制作成靶材，就可以实现溅射； （2）溅射所获得的薄膜与基板间附着力较好； （3）溅射所得到的薄膜纯度高，致密性好； （4）溅射工艺重复性好，膜厚可控；同时可以实现大面积镀膜； 溅射存在缺点： 沉积速率低；基板升温严重。 5 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 磁控溅射基本原理 在溅射装置中靶材附近施加一与电场垂直之磁场，此时电子会受到一向心力，即洛 伦兹力(Lorentz Force)，电子在洛伦兹

4、力和电场力的作用下被约束在靶材表面附近 做螺旋运动；延长电子在等等离子体中的运动路径，提高电子与气体分子的碰撞几 率和电离过程；增加等离子密度，提高提高沉积速率； 6 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 离子密度随磁力线分布，所以靶材会有蚀刻图形出来。 7 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 溅射成膜过程 a.成核 b.晶粒成长 c.晶粒聚集 d.缝道填补 e.薄膜成长 8 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 溅射工艺参数影响 9 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 溅射工艺参数影响 10 Copy

5、right 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 定义：Al薄膜（PureAl）在成膜过程中和Anneal后表面出现的小突起就称为Hillock， 成膜后(AOI)成膜后(AOI) Etch后(AOI) u Hillock 11 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 SEM表面 AFM表面Al刺穿保护层SEM图 Hillock可刺穿绝缘层导致绝缘失效，使良率下降。 12 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 Hillock起因分析-差热分析 成膜条件：0.3Pa,210W(DC)，100 差热分析DSC主要是用来确认Al膜表面Hillock形成的温

6、度范围，从上图 可以看出其温度升高到132.76 时有一个强烈的放热峰出现，表明此时 Al膜中有一个热应力释放的过程，也就是Hillock形成的过程。 13 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 Hillock起因分析-应力分析 成膜条件： 0.4Pa,110W(DC) 从上图可以看出在薄膜之弹性形变内，薄膜之应力由张应力至压应力呈线性变 化，而当压应力到达薄膜之降服点时(190)，薄膜产生突起以释放薄膜之压 应力。 薄膜产生Hillock的主要起因是为了释放薄膜应力之产生。 14 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 靶材局部散热不均,造成融化滴在

7、基板上 Oxide or Void Target Melted particle Heated area 圆形慧星狀 arcing 治具 u Splash 产生原因 Ar+ 15 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 Dome Type wing Type AOI 检测图 16 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 uNodule ITO 靶材表面突起 17 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 ITO屑吸附在靶材上 Nodule爆开形成更多ITO屑Nodule形成 Nodule 增殖 ITO Sputter Nodule形成与

8、增殖 Arcing 18 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 uSputter 在LTPS 中应用 19 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 u Sputter工艺对特性的影响 膜厚以及均一性影响 导致刻蚀工艺均一性差，局部Tape角度偏大，后续膜层覆盖不好，会存在断线或短路 的风险； 薄膜面电阻影响 薄膜面电阻过大，会导致Gate line、Date line等电压降较高，影响TFT工作； Particle 管控 20 Copyright 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 Plasma 的影响 Sputter 的plasma存在对膜层的损伤，同时也可能有多余的电荷残留造成Ioff升高 （天线效应）。M1、M2之后都有高温修复所以在passivation之后的Ioff值较小；ITO 沉积之后Ioff就会有升高，在ITO退火之后会略有下降。 ITO之前 ITO之后 ITO sp