Sputter原理和流程课件(PPT 44页)
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PVD(Sputter)介绍ppt
PVD（Sputter）介绍
-
PVD（Sputter）介绍
1:PVD:即物理气相沉积(Physicql Vapor Deposition)的简称,包括真空蒸发镀膜,溅 射镀膜,离子束和离子助,外延膜沉积技术 等四大类. 2:PECVD:即等离子增强化学气相沉积
(Plasma-Enhanced Chmical vapor
-
PVD（Sputter）介绍
图2 Sputter溅镀模型
气体 固体
图3 Sputter溅镀后原子分子运动模型
-
图4 溅射原子弹性碰撞模型
PVD（Sputter）介绍
二、磁控溅镀相关知识： 1、物理依据：在磁感强度为B的磁场中，电荷
为q、运动速度为 v的带电粒子，所受的磁场力为F
称为洛仑兹力，F=qvXB 。如பைடு நூலகம்示
起辉时的发光过程解释如下： 当输入真空室的反应气体或溅镀气体被高速 旋转的电子碰撞后，气体与电子发生一系列 的解离、激发、附着等过程，由于部分电子 能量不足，便会把气体激发成亚稳态，
e + A → A* + e A* → A + hv (光子) 而亚稳态由于其外层电子的活跃性强，会回 到气体的稳定态，多余的能量就以光子的形 式释放出来。如图：
Deposition),其他还有LPCVD ,MOCVD, 等. APCVD
-
PVD（Sputter）介绍
一、Sputter（溅镀）定义及种类： 1、定义：所谓溅镀(Sputter)乃指物体以离子撞击时，被
溅射飞散出.具体过程:被电离之气体离子如Ar离子等受到阴 极加速快速与靶材表面撞击时，在靶材表面被电场所放出的 电子中和而呈中性，但仍保存其运动能量与植入靶材内部， 而靶材固体内部受此异离子植入而损伤其结晶，同时构成结 晶格的原子间相互重复碰撞，最终使表面的原子及分子被放 出至界外。如此原子大小的粒子从固体表面撞击分离而构成 离子，此称为溅镀（Sputter），又称电浆放电。如果将气体 加热至极高温或任其与高能量粒子相撞击，电子可由原分子 中释出，形成一带正负电粒子的集合体，称为电浆或等离子 体（Plasma）；
-
PVD（Sputter）介绍
1:PVD:即物理气相沉积(Physicql Vapor Deposition)的简称,包括真空蒸发镀膜,溅 射镀膜,离子束和离子助,外延膜沉积技术 等四大类. 2:PECVD:即等离子增强化学气相沉积
(Plasma-Enhanced Chmical vapor
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PVD（Sputter）介绍
图2 Sputter溅镀模型
气体 固体
图3 Sputter溅镀后原子分子运动模型
-
图4 溅射原子弹性碰撞模型
PVD（Sputter）介绍
二、磁控溅镀相关知识： 1、物理依据：在磁感强度为B的磁场中，电荷
为q、运动速度为 v的带电粒子，所受的磁场力为F
称为洛仑兹力，F=qvXB 。如பைடு நூலகம்示
起辉时的发光过程解释如下： 当输入真空室的反应气体或溅镀气体被高速 旋转的电子碰撞后，气体与电子发生一系列 的解离、激发、附着等过程，由于部分电子 能量不足，便会把气体激发成亚稳态，
e + A → A* + e A* → A + hv (光子) 而亚稳态由于其外层电子的活跃性强，会回 到气体的稳定态，多余的能量就以光子的形 式释放出来。如图：
Deposition),其他还有LPCVD ,MOCVD, 等. APCVD
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PVD（Sputter）介绍
一、Sputter（溅镀）定义及种类： 1、定义：所谓溅镀(Sputter)乃指物体以离子撞击时，被
溅射飞散出.具体过程:被电离之气体离子如Ar离子等受到阴 极加速快速与靶材表面撞击时，在靶材表面被电场所放出的 电子中和而呈中性，但仍保存其运动能量与植入靶材内部， 而靶材固体内部受此异离子植入而损伤其结晶，同时构成结 晶格的原子间相互重复碰撞，最终使表面的原子及分子被放 出至界外。如此原子大小的粒子从固体表面撞击分离而构成 离子，此称为溅镀（Sputter），又称电浆放电。如果将气体 加热至极高温或任其与高能量粒子相撞击，电子可由原分子 中释出，形成一带正负电粒子的集合体，称为电浆或等离子 体（Plasma）；
Sputter原理和流程课件
機械 流程
路漫漫其悠远
Sputter Process Flow:
➢ 1、抽真空(粗抽) - 760torr至10-3 torr ➢ 2、抽真空(細抽) - 10-3 torr至10-8 torr ➢ 3、到達底壓約10-7 torr後通Ar氣,使壓力控
制在約數mtorr ➢ 4、加入電場(target為負極),點燃plasma,
開始鍍膜 ➢ 5、膜厚度達到之後,停止電場 ➢ 6、基板從S Chamber傳到T Chamber ➢ 7、基板送入L Chamber,破真空取出
路漫漫其悠远
Hillock （Al）
原因：
w film的膨胀系数小于底材时,从高 温降至室温,film受到挤压应力, 若此应力过大时,Al原子沿晶界 向膜上移动,形成小的突起
路漫漫其悠远
Void
後果：增加膜的阻抗 解决方案： 減小grain size 提高靶材密度 金屬連線上絕緣層通常厚度比較薄在1000到3000之間,即使
金屬層角落部分有凸出也不至於連起來形成Void 控制ITO成膜速度合適
路漫漫其悠远
Spike(Al)
原因： w Si在400℃左右對Al有一定的固態溶解度,因此沉積於Si上
w ITO靶材為高硬度陶瓷材 料,面積大時製造較難,故 採用多塊小靶材拼接而成, 接縫處常有Nodule存在
w 制程中Nodule爆裂開形 成許多ITO屑,飛到靶材上 遮住部分靶材無法Sputter, 形成新的Nodule
路漫漫其悠远
Nodule（ITO）
後果： w 引起ITO flake產生,掉落於基板為Particle,影響鍍膜品質,
導致ITO层的阻抗惡化并且减少ITO层的透光率 解決方案： w 用超高密度的ITO靶材（>95%）可獲得改善 w 將target表面處理平滑及乾淨
Sputter溅镀原理
Sputter磁控溅镀原理Sputter在辞典中意思为：（植物）溅散。
此之所谓溅镀乃指物体以离子撞击时，被溅射飞散出。
因被溅射飞散的物体附著于目标基板上而制成薄膜。
在日光灯的插座附近常见的变黑现象，即为身边最赏见之例，此乃因日光灯的电极被溅射出而附著于周围所形成。
溅镀现象，自19世纪被发现以来，就不受欢迎，特别在放电管领域中尤当防止。
近年来被引用于薄膜制作技术效效佳，将成为可用之物。
薄膜制作的应用研究，当初主要为Bell Lab.及Western Electric公司，于1963年制成全长10m左右的连续溅镀装置。
1966年由IBM公司发表高周波溅镀技术，使得绝缘物之薄膜亦可制作。
后经种种研究至今已达“不管基板的材料为何，皆可被覆盖任何材质之薄膜”目的境地。
而若要制作一薄膜，至少需要有装置薄膜的基板及保持真空状况的道具（内部机构）。
这种道具即为制作一空间，并使用真空泵将其内气体抽出的必要。
一、真空简介：所谓真空，依JIS（日本工业标准）定义如下：较大气压力低的压力气体充满的特定的空真空单位相关知识如下：二、Sputter（磁控溅镀）原理：1、Sputter溅镀定义：在一相对稳定真空状态下，阴阳极间产生辉光放电，极间气体分子被离子化而产生带电电荷，其中正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材，将其原子等粒子溅出，此溅出之原子则沉积于阳极之基板上而形成薄膜，此物理现象即称溅镀。
而透过激发、解离、离子化……等反应面产生的分子、原子、受激态物质、电子、正负离子、自由基、UV 光（紫外光）、可见光……等物质，而这些物质混合在一起的状态就称之为电浆（Plasma ）。
下图为Sputter 溅镀模型（类似打台球模型）：图一中的母球代表被电离后的气体分子，而红色各球则代表将被溅镀之靶材（Si 、ITO&Ti 等），图二则代表溅镀后被溅射出的原子、分子等的运动情形；即当被加速的离子与表面撞击后，通过能量与动量转移过程（如图三），低能离子碰撞靶时，不能从固体表面直接溅射出原子，而是把动量转移给被碰撞的原子，引起晶格点阵上原子的链锁式碰撞。
Sputter工艺介绍PPT
基片导致基片升温的问题
缺点： 1 不适用于溅射绝缘材料 2 靶面上磁场的相应位置因为快速溅射，形成沟道。使靶材利用率
低，使用后期的沉积均匀性变差。
9
第二部分
Sputter装置构造
10
2.1 设备概况
11
2.2 Load/Unload室
作用 1.基片进出设备 2.在大气与高真空腔室间压强过渡
* 高代线设备在Load/Unload室
靶材粒子沉积于基板成膜（101eV）。
18
Sputter室影响膜质结构的主要参数
1 靶面与基片距离影响沉积分布 随靶材的消耗，靶面与基片距离增加。通过磁体位置调节作补偿。
2 气体流量与成膜压强 3 DC电源的输出 4 基片温度
19
第三部分
Sputter制程品质控制
20
Rs & Thickness
向 方向漂移，从而在该路径加快溅射，在靶面形成
EB
8
1.5 直流磁控溅射的特点
除提高沉积速度外，直流磁控溅射有以下优点： 1 因能在靶面形成高密度等离子，工作压强低于普通直流溅射 2 溅射粒子迁移途中碰撞减少，到达基片时具有较大动能 3 可以将阳极设在基片位置以外（SM应强度B与靶面平行的分量方向为z轴，
在近靶面正交电磁场内二次电子的运动：
vx
v
c os (qB m
t)
EB B2
v⊥为电子初始速度垂直v于y B的v 分sin量(qm大B t小) 。
即电子在与B垂直的平面做半径为
的圆周运动的同时，以
m
r v
qB
速率 “跑道v ”EB
3 薄膜与基片的结合性强 ——粒子沉积后有足够能量进行迁移，结合牢固
缺点： 1 不适用于溅射绝缘材料 2 靶面上磁场的相应位置因为快速溅射，形成沟道。使靶材利用率
低，使用后期的沉积均匀性变差。
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第二部分
Sputter装置构造
10
2.1 设备概况
11
2.2 Load/Unload室
作用 1.基片进出设备 2.在大气与高真空腔室间压强过渡
* 高代线设备在Load/Unload室
靶材粒子沉积于基板成膜（101eV）。
18
Sputter室影响膜质结构的主要参数
1 靶面与基片距离影响沉积分布 随靶材的消耗，靶面与基片距离增加。通过磁体位置调节作补偿。
2 气体流量与成膜压强 3 DC电源的输出 4 基片温度
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第三部分
Sputter制程品质控制
20
Rs & Thickness
向 方向漂移，从而在该路径加快溅射，在靶面形成
EB
8
1.5 直流磁控溅射的特点
除提高沉积速度外，直流磁控溅射有以下优点： 1 因能在靶面形成高密度等离子，工作压强低于普通直流溅射 2 溅射粒子迁移途中碰撞减少，到达基片时具有较大动能 3 可以将阳极设在基片位置以外（SM应强度B与靶面平行的分量方向为z轴，
在近靶面正交电磁场内二次电子的运动：
vx
v
c os (qB m
t)
EB B2
v⊥为电子初始速度垂直v于y B的v 分sin量(qm大B t小) 。
即电子在与B垂直的平面做半径为
的圆周运动的同时，以
m
r v
qB
速率 “跑道v ”EB
3 薄膜与基片的结合性强 ——粒子沉积后有足够能量进行迁移，结合牢固
Sputter原理和流程课件(PPT44张)
提高Target的纯度,使其低氧化低雜質（Inclusion） 提高Target密度（ Void ） 提高Target表面平整度（Surface Finish） 减小target晶粒的大小,提高均一性（Gain Size）
Nodule（ITO）
原因: w ITO靶材是由氧化銦及氧化錫熱燒結而成,若混合不均及壓結密度不足 就易在濺鍍時產生節瘤
Crystal Growth Mechanism
Crystal Growth Mechanism
PVD Flow
機械流程
動作流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
Sputter Process Flow:
1、抽真空(粗抽)
- 760torr至10-3 torr 2、抽真空(細抽) - 10-3 torr至10-8 torr 3、到達底壓約10-7 torr後通Ar氣,使壓力控 制在約數mtorr 4、加入電場(target為負極),點燃plasma, 開始鍍膜 5、膜厚度達到之後,停止電場 6、基板從S Chamber傳到T Chamber 7、基板送入L Chamber,破真空取出
Substrate Temperature Chamber Pressure Gas Flow Rate DC Power Magnet Scan Speed/Field
即溫度、壓力、氣體氣流之速率、DC功 率密度、磁鐵掃描及範圍。
Sputtering
principle
•定義： •原理： 濺鍍，即利用電漿所 利用DC Power將通入 產生的離子，藉著離 的Process Gas解離成 子對被濺鍍物體電極 電漿，藉著離子對靶 的轟擊，使電漿的氣 的轟擊將靶材物質濺 相内具有被鍍物的粒 射飛散出來，而附著 子來產生沉積薄膜的 於目標基板形成膜。 一種技術。
Nodule（ITO）
原因: w ITO靶材是由氧化銦及氧化錫熱燒結而成,若混合不均及壓結密度不足 就易在濺鍍時產生節瘤
Crystal Growth Mechanism
Crystal Growth Mechanism
PVD Flow
機械流程
動作流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
Sputter Process Flow:
1、抽真空(粗抽)
- 760torr至10-3 torr 2、抽真空(細抽) - 10-3 torr至10-8 torr 3、到達底壓約10-7 torr後通Ar氣,使壓力控 制在約數mtorr 4、加入電場(target為負極),點燃plasma, 開始鍍膜 5、膜厚度達到之後,停止電場 6、基板從S Chamber傳到T Chamber 7、基板送入L Chamber,破真空取出
Substrate Temperature Chamber Pressure Gas Flow Rate DC Power Magnet Scan Speed/Field
即溫度、壓力、氣體氣流之速率、DC功 率密度、磁鐵掃描及範圍。
Sputtering
principle
•定義： •原理： 濺鍍，即利用電漿所 利用DC Power將通入 產生的離子，藉著離 的Process Gas解離成 子對被濺鍍物體電極 電漿，藉著離子對靶 的轟擊，使電漿的氣 的轟擊將靶材物質濺 相内具有被鍍物的粒 射飛散出來，而附著 子來產生沉積薄膜的 於目標基板形成膜。 一種技術。
Sputter工艺介绍
18
b
Sputter室影响膜质结构的主要参数
1 靶面与基片距离影响沉积分布 随靶材的消耗，靶面与基片距离增加。通过磁体位置调节作补偿。
2 气体流量与成膜压强 3 DC电源的输出 4 基片温度
19
b
第三部分
Sputter制程品质控制
Rs & Thickness
主要影响因素
溅射时间、 DC功率； 基片温度、放电压强、杂质气体成分
Sputter Introduction
2009/12/17
1
b
content
Sputter原理 Sputter装置构造 Sputter制程品质控制
第一部分
Sputter原理
1.1 原理概述
在真空环境电极两端加上高压产生直流辉光放电，使导入的工 艺气体电离，正离子在电场作用下高速轰击靶材，逸出的靶材原 子和分子向被镀膜基片表面沉积。
Sptuuer室间搬送
Transfer室底部四个光学sensor判断基
13
片是否存在，并检查基片位置。
b
2.4 Heater室
作用 在溅射前对基片预加热
14
b
通过加热板将基片预加热到溅射 所要求温度
对每个目标加热温度需要实验测 定温度设定值与最短加热时 间
15
多层加热板
b
2.5 Sputter室
2 粒子入射角度
倾斜入射利于提高溅射率；
3 入射粒子的种类
重粒子的溅射率高于轻粒子。
4 靶材温度
温度升高，靶材原子间结合力减小，入射粒子较小的能量即可使 溅射发生
5 5 工作压强……
b
1.3 溅射镀膜的特点
1 膜厚的可控性与重复性好 ——基于参数控制与溅射粒子的方向随机
CH2-3 sputtering
2.3.1 溅射镀膜概述
3. 溅射镀膜的特点
（3）薄膜密度高，针孔少，纯度高——因为没有坩锅污染； （4）膜厚可控性和重复性好——通过控制靶电流和放电电流。 （5）可以在较大面积上获得厚度均匀的薄膜。 可以“在任何材料的基板上沉积任何材料的薄膜”，所以在新材料发 现、新功能应用、新器件制作方面起着举足轻重的作用。
荷能粒子可以是电子、离子或者中性粒子，因为离子在电场作用下容易 加速并且获得需要的动能，所以大多采用离子作为轰击粒子。
2.3.1 溅射镀膜概述
1. 溅射镀膜的概念
2.3.1 溅射镀膜概述
离子轰击固体表面的效应
荷能粒子：离子Βιβλιοθήκη （易于在电磁场中加速或偏转）伴随着离子轰击固体表面的各种现 象（右图）： 1）大部分中性粒子（成膜） 2）二次电子（辉光放电） 3）少部分二次离子 4）气体解吸、加热等其他现象
–
.M
+ e- => M1 + M2 + e-
2.3.2 等离子体介绍
4.等离子体分类
极光、日光灯 电弧、碘钨灯
冷等离子体 Te≠Ti, Ta
热等离子体 Te＝Ti, Ta
聚变、太阳核心
低 温 等离子体
100000C 1eV
高 温 等离子体
电子温度
2.3.2 等离子体介绍
5. 低温冷等离子体形成方法 真空条件下直流辉光放电 真空条件下的射频辉光放电 真空条件下的微波等离子体 电晕放电 大气等离子体炬 大气条件下的介质层放电
2.3.2 等离子体介绍
.M
+ e- => M+ + 2e-
–
an electric field is introduced that accelerates the free electrons
Sputter基本原理与知识培训教材课件
反应性溅射：
在溅射镀膜时， 有意识地将某种反应性气体引入溅射室并达到 一定的分压， 即可改变或控制沉积特性， 从而获得不同于靶材的新 物质薄膜，这就叫反应性溅射；
通入不同的反应气体就可以得到不同的沉积膜层： 通入氧气可以形成氧化膜； 通入氮气可以形成氮化膜； 通入甲烷（CH4）可以形成碳化物膜； 通入硫化氢（H2S）可以形成硫化物膜；
5-1 溅射镀膜设备
34
第五章 溅射镀膜设备
123 45 67 8
C1 C2 C3
C5 C6 C7
AZO
Ag预留 Al Al
NiV
5-2 溅射镀膜设备示意图
各个腔室底压要求：
1. 上下料腔室底压：C1/C7≤ 1 x 10-3 mbar 2. 缓冲腔室底压 ：C2/C6≤ 3 x 10-6 mbar 3. 传输腔室底压 ：C3/C5≤ 1.5 x 10-6 mbar 4. 工艺腔室底压 ：C4/1C4/8≤ 1.5 x 10-6 mbar
1. 在放电开始前，放电间隙间电场是均匀的； 2. 放电过程主要是靠阴极发射电子来维持的； 3. 放电气压一般维持在10~10-3mbar； 4. 放电电流密度一般要维持在10-1~102mA/cm2； 5. 电压一般为300~5000V；
18
第二章 等离子体
辉光放电：
阴极辉光区 阴极暗区 法拉第暗区
2-1 辉光放电
15
第二章 等离子体
自然中的等离子体：
2-3 雷电
2-4 极光
16
第二章 等离子体
等离子的应用：
2-4 真空镀膜
辉光 放电
2-5 日光灯
17
第二章 等离子体
辉光放电： 溅射所需要的轰击离子通常采用辉光放电获得。辉光放 电是气体放电的一种类型，是一种稳定的自持放电。
在溅射镀膜时， 有意识地将某种反应性气体引入溅射室并达到 一定的分压， 即可改变或控制沉积特性， 从而获得不同于靶材的新 物质薄膜，这就叫反应性溅射；
通入不同的反应气体就可以得到不同的沉积膜层： 通入氧气可以形成氧化膜； 通入氮气可以形成氮化膜； 通入甲烷（CH4）可以形成碳化物膜； 通入硫化氢（H2S）可以形成硫化物膜；
5-1 溅射镀膜设备
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第五章 溅射镀膜设备
123 45 67 8
C1 C2 C3
C5 C6 C7
AZO
Ag预留 Al Al
NiV
5-2 溅射镀膜设备示意图
各个腔室底压要求：
1. 上下料腔室底压：C1/C7≤ 1 x 10-3 mbar 2. 缓冲腔室底压 ：C2/C6≤ 3 x 10-6 mbar 3. 传输腔室底压 ：C3/C5≤ 1.5 x 10-6 mbar 4. 工艺腔室底压 ：C4/1C4/8≤ 1.5 x 10-6 mbar
1. 在放电开始前，放电间隙间电场是均匀的； 2. 放电过程主要是靠阴极发射电子来维持的； 3. 放电气压一般维持在10~10-3mbar； 4. 放电电流密度一般要维持在10-1~102mA/cm2； 5. 电压一般为300~5000V；
18
第二章 等离子体
辉光放电：
阴极辉光区 阴极暗区 法拉第暗区
2-1 辉光放电
15
第二章 等离子体
自然中的等离子体：
2-3 雷电
2-4 极光
16
第二章 等离子体
等离子的应用：
2-4 真空镀膜
辉光 放电
2-5 日光灯
17
第二章 等离子体
辉光放电： 溅射所需要的轰击离子通常采用辉光放电获得。辉光放 电是气体放电的一种类型，是一种稳定的自持放电。
Sputter工艺介绍课件
PPT学习交流
14
通过加热板将基片预加热到溅射 所要求温度
对每个目标加热温度需要实验测 定温度设定值与最短加热时间
多层加热板
PPT学习交流
15
2.5 Sputter室
PPT学习交流
16
溅射过程
1 当platen处于水平位置时，真空机械手臂将基板送入SP室， platen旋转90度到竖直成膜位置。
* 高代线设备在Load/Unload室
设加热装置作预加热
PPT学习交流
12
2.3 Transfer室
作用 将基片在Load/Unload、Heater、
Sptuuer室间搬送
Transfer室底部四个光学sensor判断基片
是否存在，并检查基片位置。
PPT学习交流
13
2.4 Heater室
作用 在溅射前对基片预加热
向 EB方向漂移，从而在该路径加快溅射，在靶面形成
“跑道”
PPT学习交流
8
1.5 直流磁控溅射的特点
除提高沉积速度等离子，工作压强低于普通直流溅射
2 溅射粒子迁移途中碰撞减少，到达基片时具有较大动能
3 可以将阳极设在基片位置以外（SMD-950），减弱二次电子轰击 基片导致基片升温的问题
3 薄膜与基片的结合性强 ——粒子沉积后有足够能量进行迁移，结合牢固
4 适于大面积自动化生产
PPT学习交流
6
1.4 直流磁控溅射
利用磁体在阴极靶面建立环形封闭磁场。该磁场与靶面平行的 分量与垂直于靶面的电场构成正交的电磁场，束缚碰撞出的二次 电子在电磁场中作回旋运动。从而增加与工艺气体碰撞电离的概 率，使等离子密度提高，加快沉积速度。
PPT学习交流
sputter
Sputter
设备结构及功能介绍
L chamber 的构成及作用
Heat Plate：玻璃基板从Cassette进
入设备后，首先要在这里进行预热， 预热使用的是64个红外灯。 Cooling Plate：玻璃基板成膜后的温 度比较高，不可以直接进入低温的ATM 环境中，所以要进行冷却。 Substrate (glass) Up / Down Motor ：有可以使Heat Plate升降和 使Cooling Plate的Pin升降的Motor。 Isolation Valve :和T0 Chamber及 ATM之间都有Door Valve来实现ATM和 真空的分隔。 Gas Inlet and Vacuum Port ：连接 Pump以及N2，实现真空和大气之间的 转换及Leak Test Port
反应离子
二次电子 溅射原子
Target表面
Sputter
溅射原理
1汤生放电Townsend
discharge 2正常辉光放电 3异常辉光放电 4弧光（Arc）放电
等离子体Plasma：汤生放电阶段后，气体会突然发生放电击穿。这时气体开始具备了相当 的导电能力，这样具备一定导电能力的气体即称为等离子体。 正常辉光放电电流密度太小，不利于产生更多二次电子。 异常辉光放电（glow discharge)是一般薄膜溅射常用的放电形式，因为它可以提供面积较 大，分布较均匀的等离子体有利于实现大面积的均匀溅射和薄膜沉积。 Arc放电特点：小的，孤立的电弧放电斑点。导致结果：①容易导致Splash；②形成物质蒸 发，成膜性能难以控制。
面。
假设平行于Target的磁场为B，垂直 Target的电场为E，则电子运动路径为：
Sputter溅镀原理
Sputter磁控溅镀原理Sputter在辞典中意思为：（植物）溅散。
此之所谓溅镀乃指物体以离子撞击时，被溅射飞散出。
因被溅射飞散的物体附著于目标基板上而制成薄膜。
在日光灯的插座附近常见的变黑现象，即为身边最赏见之例，此乃因日光灯的电极被溅射出而附著于周围所形成。
溅镀现象，自19世纪被发现以来，就不受欢迎，特别在放电管领域中尤当防止。
近年来被引用于薄膜制作技术效效佳，将成为可用之物。
薄膜制作的应用研究，当初主要为Bell Lab.及Western Electric公司，于1963年制成全长10m左右的连续溅镀装置。
1966年由IBM公司发表高周波溅镀技术，使得绝缘物之薄膜亦可制作。
后经种种研究至今已达“不管基板的材料为何，皆可被覆盖任何材质之薄膜”目的境地。
而若要制作一薄膜，至少需要有装置薄膜的基板及保持真空状况的道具（内部机构）。
这种道具即为制作一空间，并使用真空泵将其内气体抽出的必要。
一、真空简介：所谓真空，依JIS（日本工业标准）定义如下：较大气压力低的压力气体充满的特定的空真空单位相关知识如下：二、Sputter（磁控溅镀）原理：1、Sputter溅镀定义：在一相对稳定真空状态下，阴阳极间产生辉光放电，极间气体分子被离子化而产生带电电荷，其中正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材，将其原子等粒子溅出，此溅出之原子则沉积于阳极之基板上而形成薄膜，此物理现象即称溅镀。
而透过激发、解离、离子化……等反应面产生的分子、原子、受激态物质、电子、正负离子、自由基、UV 光（紫外光）、可见光……等物质，而这些物质混合在一起的状态就称之为电浆（Plasma ）。
下图为Sputter 溅镀模型（类似打台球模型）：图一中的母球代表被电离后的气体分子，而红色各球则代表将被溅镀之靶材（Si 、ITO&Ti 等），图二则代表溅镀后被溅射出的原子、分子等的运动情形；即当被加速的离子与表面撞击后，通过能量与动量转移过程（如图三），低能离子碰撞靶时，不能从固体表面直接溅射出原子，而是把动量转移给被碰撞的原子，引起晶格点阵上原子的链锁式碰撞。
真空溅镀
絕緣、導通區域交雜
Paragon Technologies Co.,LTD.
EMI設計簡項
為改善BOSS遮蔽狀態可於塑殼 設計時利用補強設計改善。
未使用補強易產生遮蔽過多現象
利用補強加強鍍膜減少遮蔽
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EMI設計簡項
減少BOSS頂端毛邊，避免組裝
真空濺鍍法
常用濺鍍法:
直流濺鍍法（DC Sputtering）
交流濺鍍法（AC Sputtering）
射頻濺鍍法（RF Sputtering） 微波濺鍍法（MW Sputtering）
**This photo presented through AJA INTERNATIONAL,Inc.
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塑膠與薄膜
以塑膠為基板之產品具輕、薄、耐衝擊及可撓曲 之優勢。 在塑膠表面濺鍍的薄膜產品應用領域極廣，藉由 濺鍍各具特色的鍍膜膜層，達到保護基材、裝飾、 抗電磁波干擾、導電、反射或是抗反射等目的。
防止電磁波干擾(EMI)膜 塑膠表面金屬化薄膜 靜電防護膜
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760
10-6
10-8
10-10
10-12
3.8x1023
3x10-19秒
3.8x1014
3秒
3.8x1012
5分鐘
3.8x1010
8.5小時
3.8x108
35天
不同壓力下分子運動參數值 粗真空
壓力範圍 （Torr） 分子數/cm3 (at 20oc) 760 - 1 2.5×1019至 3.3×1016
布儒斯特定律ppt课件
，求布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？
解：设该材料的折射率为 n ，空气的折射率为1，
放所以在tg：水ib 中1n，ib' 则t5g对05.应8300有该1.t5材g9ib'料9对n1n水水.6的11.相.363对 折1.2射率为1.2
例.一束自然光自空气射向一块平板
玻璃(如图)，设入射角等于布儒斯 i0
垂直。即：
ib r 2
3
•玻璃n2=1.5 ， •水n2=1.33 ， 注意：
布儒斯特角 ib 56.3 ib 53.1
1）当入射角为布儒斯特角时，反射光为振动方向垂 直入射面的线偏振光，而折射光仍为振动方向平行 于入射面的成分占优势的部分偏振光。
这是因为反射光线很弱，光强达不到自然光的一半。
当入射角满足:
tgib
n2 n12
反射光就变为振动方向垂直 于入射面的完全偏振光。而 折射光仍为部分偏振光。
ib 称为布儒斯特角
tgib
n2 n1
布儒斯特定律
ib ib
n1 n2 r0
由折射定律 sin ib sin r
n2 和布儒斯射角等于ib时，反射光和折射光相互
2）要注意布儒斯特角与全反射角的区别：
两者条件不同。全反射时对n1 、 n2 有要求；
而布儒斯特角无此要求；
入射角大于全反射角时都会发生全反射，但只有入 射角为布儒斯特角时反射光才是完全线偏振光。
4
理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射自 然光总能量的7.4%，而约占85%的垂直分量和全部 平行分量都折射到玻璃中。
布儒斯特定律
1
一、反射和折射的偏振光
当自然光入射到介质表面时，反 射光和折射光都是部分偏振光。
解：设该材料的折射率为 n ，空气的折射率为1，
放所以在tg：水ib 中1n，ib' 则t5g对05.应8300有该1.t5材g9ib'料9对n1n水水.6的11.相.363对 折1.2射率为1.2
例.一束自然光自空气射向一块平板
玻璃(如图)，设入射角等于布儒斯 i0
垂直。即：
ib r 2
3
•玻璃n2=1.5 ， •水n2=1.33 ， 注意：
布儒斯特角 ib 56.3 ib 53.1
1）当入射角为布儒斯特角时，反射光为振动方向垂 直入射面的线偏振光，而折射光仍为振动方向平行 于入射面的成分占优势的部分偏振光。
这是因为反射光线很弱，光强达不到自然光的一半。
当入射角满足:
tgib
n2 n12
反射光就变为振动方向垂直 于入射面的完全偏振光。而 折射光仍为部分偏振光。
ib 称为布儒斯特角
tgib
n2 n1
布儒斯特定律
ib ib
n1 n2 r0
由折射定律 sin ib sin r
n2 和布儒斯射角等于ib时，反射光和折射光相互
2）要注意布儒斯特角与全反射角的区别：
两者条件不同。全反射时对n1 、 n2 有要求；
而布儒斯特角无此要求；
入射角大于全反射角时都会发生全反射，但只有入 射角为布儒斯特角时反射光才是完全线偏振光。
4
理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射自 然光总能量的7.4%，而约占85%的垂直分量和全部 平行分量都折射到玻璃中。
布儒斯特定律
1
一、反射和折射的偏振光
当自然光入射到介质表面时，反 射光和折射光都是部分偏振光。
sputter工艺技术
sputter工艺技术Sputtering (溅射)工艺技术是一种常用的薄膜制备方法，它通过在目标材料表面施加高能粒子，使得目标材料中的原子或分子溅射出来，并沉积在基底材料表面上，形成所需的薄膜。
这种技术可以用于制备各种金属、合金、氧化物、硝酸盐、氮化物等不同类型的薄膜。
Sputtering工艺技术的基本原理是利用高能粒子轰击目标材料表面，使其内部的原子或分子脱离，然后以雾化状态沉积在基底材料上。
这些高能粒子一般是氩气离子，通过施加高压电场使其加速，当氩离子轰击目标材料表面时，会发生碰撞而溅射出目标材料的原子或分子。
Sputtering工艺技术有多种类型，包括直流磁控溅射(DC sputtering)、射频磁控溅射(RF sputtering)、磁控溅射(Cosputtering)等。
其中，直流磁控溅射是最常用的一种方法。
在直流磁控溅射中，目标材料被置于真空室中，加上较高的直流电压和磁场。
氩离子在磁场的作用下旋转并加速，然后轰击目标材料表面，溅射出来的原子或分子沉积在基底材料上，形成薄膜。
Sputtering工艺技术具有一些优点。
首先，制备的薄膜质量好，具有均匀的化学组成和良好的结晶性。
其次，可以制备多种类型的薄膜，包括金属、合金、氧化物等，可以满足不同的研究和应用需求。
此外，制备过程中可以通过调节施加的电压、磁场和气体流量等参数来控制薄膜的性质，如厚度、成分和晶体结构等。
Sputtering工艺技术在许多领域有着广泛的应用。
在微电子领域，它被用于制备电子器件中的金属导线、电阻和接触材料等。
在太阳能电池领域，它被用于制备电池中的透明电极、吸光层和隔离层等。
在光学领域，它被用于制备镀膜镜面和滤光片等。
在生物医学领域，它被用于制备生物传感器、DNA芯片和药物控释器件等。
需要注意的是，Sputtering工艺技术虽然具有许多优点，但也存在一些限制。
首先，制备过程中可能会引入杂质和晶体缺陷。
其次，目标材料溅射速率较低，制备较厚的薄膜通常需要较长的时间。
sputter
x = sin ω t Et 1 − B ωt qE (1 − cos ω t ) y = mω 2
Sputter
磁控溅射原理
磁控溅射具有以下的特点： 磁控溅射具有以下的特点： 优点： 优点：
低压强； 1）低压强； 电子碰撞几率增高，在低压下就能起辉。 电子碰撞几率增高，在低压下就能起辉。 低电压，大电流； 2）低电压，大电流； 电子碰撞几率增加，在同样的气压电下，气体电离度高， 电子碰撞几率增加，在同样的气压电下，气体电离度高，提高 了靶电流密度，电压随之下降。 了靶电流密度，电压随之下降。 沉积速率增加； 3）沉积速率增加； 磁铁的使用提高了等离子体浓度； Sputter 磁铁的使用提高了等离子体浓度；在低气压下溅射原子被散射的
溅射原理
等离子体鞘层电位 鞘层电位： ☆ 等离子体鞘层电位：占了电极间 外加电压的绝大部分。 外加电压的绝大部分。它可以将 Plasma中离子加速 中离子加速， Plasma中离子加速，从而获得高能 并将靶材原子撞击出来。 量，并将靶材原子撞击出来。 工业中通常采用Ar Ar气作离子源 ☆工业中通常采用Ar气作离子源 使用Ar 溅射率大； Ar， 1）使用Ar，溅射率大； Ar是惰性气体 不活跃， 是惰性气体， 2）Ar是惰性气体，不活跃，稳 定； Ar价格便宜 价格便宜； 3）Ar价格便宜； Ar容易得到高纯度的气体 容易得到高纯度的气体； 4）Ar容易得到高纯度的气体； 安全性能好。 5）安全性能好。
对于大多数金属来说溅射阈值为1040evsputter的入射粒子与出射粒子的比率snsni与入射粒子的动能有一定的关系动能需要超过一定的值同时又不能太大太大会使ar离子打到target里面并不能使target原子打出而是产生热量使表面丘化易发生splash动能太大打出的原子成团或使表面热熔?溅射阈值sputter???溅射原理左图是45kev的xe离子入射时几种物质的溅射产额与温度的关系曲线
Sputter
磁控溅射原理
磁控溅射具有以下的特点： 磁控溅射具有以下的特点： 优点： 优点：
低压强； 1）低压强； 电子碰撞几率增高，在低压下就能起辉。 电子碰撞几率增高，在低压下就能起辉。 低电压，大电流； 2）低电压，大电流； 电子碰撞几率增加，在同样的气压电下，气体电离度高， 电子碰撞几率增加，在同样的气压电下，气体电离度高，提高 了靶电流密度，电压随之下降。 了靶电流密度，电压随之下降。 沉积速率增加； 3）沉积速率增加； 磁铁的使用提高了等离子体浓度； Sputter 磁铁的使用提高了等离子体浓度；在低气压下溅射原子被散射的
溅射原理
等离子体鞘层电位 鞘层电位： ☆ 等离子体鞘层电位：占了电极间 外加电压的绝大部分。 外加电压的绝大部分。它可以将 Plasma中离子加速 中离子加速， Plasma中离子加速，从而获得高能 并将靶材原子撞击出来。 量，并将靶材原子撞击出来。 工业中通常采用Ar Ar气作离子源 ☆工业中通常采用Ar气作离子源 使用Ar 溅射率大； Ar， 1）使用Ar，溅射率大； Ar是惰性气体 不活跃， 是惰性气体， 2）Ar是惰性气体，不活跃，稳 定； Ar价格便宜 价格便宜； 3）Ar价格便宜； Ar容易得到高纯度的气体 容易得到高纯度的气体； 4）Ar容易得到高纯度的气体； 安全性能好。 5）安全性能好。
对于大多数金属来说溅射阈值为1040evsputter的入射粒子与出射粒子的比率snsni与入射粒子的动能有一定的关系动能需要超过一定的值同时又不能太大太大会使ar离子打到target里面并不能使target原子打出而是产生热量使表面丘化易发生splash动能太大打出的原子成团或使表面热熔?溅射阈值sputter???溅射原理左图是45kev的xe离子入射时几种物质的溅射产额与温度的关系曲线
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Nucleation Grain Growth Coalescence Filling of Channels Film Growth
Crystal Growth Mechanism
Crystal Growth Mechanism
Crystal Growth Mechanism
Void
後果：增加膜的阻抗 解决方案： 減小grain size 提高靶材密度 金屬連線上絕緣層通常厚度比較薄在1000到3000之間,即使
金屬層角落部分有凸出也不至於連起來形成Void 控制ITO成膜速度合適
Spike(Al)
原因： w Si在400℃左右對Al有一定的固態溶解度,因此沉積於Si上
的Al在經歷約400 ℃以上的步驟時,Si將借擴散效應進入 Al,Al亦回填Si因擴散而遺留下的空隙,在Al與Si進行接觸部 分形成Spike
Al 場氧化膜
N+
Si
Spike(Al)
後果：如果尖峰長度太長,穿透了膜層,會導致短路 解決方案： w 一般在金屬鋁的沉積制程中主動加入相當於Si對Al之溶解度
•原理：
濺鍍，即利用電漿所 利用DC Power將通入 產生的離子，藉著離 的Process Gas解離成 子對被濺鍍物體電極 電漿，藉著離子對靶 的轟擊，使電漿的氣 的轟擊將靶材物質濺 相内具有被鍍物的粒 射飛散出來，而附著 子來產生沉積薄膜的 於目標基板形成膜。 一種技術。
Crystal Growth Mechanism
w ITO靶材為高硬度陶瓷材 料,面積大時製造較難,故 採用多塊小靶材拼接而成, 接縫處常有Nodule存在
w 制程中Nodule爆裂開形 成許多ITO屑,飛到靶材上 遮住部分靶材無法Sputter, 形成新的Nodule
Nodule（ITO）
後果： w 引起ITO flake產生,掉落於基板為Particle,影響鍍膜品質,
Target
Oxide or Void
Heated area
Ar
Substrate Wing type
Melted partical
Dome type
Splash
後果：大块金属残留导致闸极线与信号线短路 解决方案：
用Shield plate装置保護Target邊緣不被Arcing 改变Target的形状可以減少Arcing 預防Arcing對策->
Substrate Temperature Chamber Pressure Gas Flow Rate DC Power Magnet Scan Speed/Field
即溫度、壓力、氣體氣流之速率、DC功 率密度、磁鐵掃描及範圍。
Sputtering principle
•定義：
導致ITO层的阻抗惡化并且减少ITO层的透光率 解決方案： w 用超高密度的ITO靶材（>95%）可獲得改善 w 將target表面處理平滑及乾淨
Void
原因： w film的膨胀系数大于底材时,从高温降至室温时,film受到拉伸应力,如此
应力过大时,Al原子沿晶界向膜下移动,形成許多空隙(Void)或裂痕 (Cracks) w Al在高温制程时,成膜的晶粒方向不一样,（111）晶粒在两（110）晶粒 间形成Void,因为（110）晶粒和（111）晶粒的热膨胀系数不同 w 金屬連線高低起伏的外觀使上面鍍絕緣層不易完全將縫隙填滿（填塞不 良）,留下Void w ITO成膜速度太快使得薄膜呈柱狀結構造成有很多孔洞（Void）產生而 影響膜質
Splash
原因： 当target局部（如void、
oxide處）散热不均,过 热地方在高温下融化, 在Ar离子轰击下滴落在 基板上,形成Dome type的splash 在target edge有强烈的 arcing现象,使边缘的金 属融化溅落在基板上, 形成wing type的splash
制在約數mtorr 4、加入電場(target為負極),點燃plasma,
開始鍍膜 5、膜厚度達到之後,停止電場 6、基板從S Chamber傳到T Chamber 7、基板送入L Chamber,破真空取出
Hillock （Al）
原因：
w film的膨胀系数小于底材时,从高 温降至室温,film受到挤压应力, 若此应力过大时,Al原子沿晶界 向膜上移动,形成小的突起
w Al成膜的晶粒方向不一致,在後續 高温制程时,（110）晶粒在两 （111）晶粒间形成hillock,形 成的原因为（110）晶粒和（111） 晶粒的热膨胀系数不同
Hillock
Hillock （Al）
後果：易造成闸极线与信号线相會處短路 解决方案： w 用AlNd target代替Al target w 在Al上面再镀一层覆盖金属来抑制Al hillock的产生 w 減小grain size可降低hillock凸出的大小
提高Target的纯度,使其低氧化低雜質（Inclusion） 提高Target密度（ Void ） 提高Target表面平整度（Surface Finish） 减小target晶粒的大小,提高均一性（Gain Size）
Nodule（ITO）
原因:
w ITO靶材是由氧化銦及氧化錫熱燒結而成,若混合不均及壓結密度不足 就易在濺鍍時產生節瘤
Sputter原理和流程
PVD製程知識
Gas in
Sputter原理
+-
N
S
N
pumping
電子螺旋運動
電子平均自由徑比較
Magnetron DC Sputtering
低，陰極加磁鐵
低
濺擊能量
濺擊產額
電子平均自 由徑及能量
增大
增長，變大
濺擊總 能量
Ar+數量 及能量
增多，變大
Parameter
Crystal Growth Mechanism
PVD Flow
機械流程 動作流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
Sputter Process Flow:
1、抽真空(粗抽) - 760torr至10-3 torr 2、抽真空(細抽) - 10-3 torr至10-8 torr 3、到達底壓約10-7 torr後通Ar氣,使壓力控
Crystal Growth Mechanism
Crystal Growth Mechanism
Crystal Growth Mechanism
Void
後果：增加膜的阻抗 解决方案： 減小grain size 提高靶材密度 金屬連線上絕緣層通常厚度比較薄在1000到3000之間,即使
金屬層角落部分有凸出也不至於連起來形成Void 控制ITO成膜速度合適
Spike(Al)
原因： w Si在400℃左右對Al有一定的固態溶解度,因此沉積於Si上
的Al在經歷約400 ℃以上的步驟時,Si將借擴散效應進入 Al,Al亦回填Si因擴散而遺留下的空隙,在Al與Si進行接觸部 分形成Spike
Al 場氧化膜
N+
Si
Spike(Al)
後果：如果尖峰長度太長,穿透了膜層,會導致短路 解決方案： w 一般在金屬鋁的沉積制程中主動加入相當於Si對Al之溶解度
•原理：
濺鍍，即利用電漿所 利用DC Power將通入 產生的離子，藉著離 的Process Gas解離成 子對被濺鍍物體電極 電漿，藉著離子對靶 的轟擊，使電漿的氣 的轟擊將靶材物質濺 相内具有被鍍物的粒 射飛散出來，而附著 子來產生沉積薄膜的 於目標基板形成膜。 一種技術。
Crystal Growth Mechanism
w ITO靶材為高硬度陶瓷材 料,面積大時製造較難,故 採用多塊小靶材拼接而成, 接縫處常有Nodule存在
w 制程中Nodule爆裂開形 成許多ITO屑,飛到靶材上 遮住部分靶材無法Sputter, 形成新的Nodule
Nodule（ITO）
後果： w 引起ITO flake產生,掉落於基板為Particle,影響鍍膜品質,
Target
Oxide or Void
Heated area
Ar
Substrate Wing type
Melted partical
Dome type
Splash
後果：大块金属残留导致闸极线与信号线短路 解决方案：
用Shield plate装置保護Target邊緣不被Arcing 改变Target的形状可以減少Arcing 預防Arcing對策->
Substrate Temperature Chamber Pressure Gas Flow Rate DC Power Magnet Scan Speed/Field
即溫度、壓力、氣體氣流之速率、DC功 率密度、磁鐵掃描及範圍。
Sputtering principle
•定義：
導致ITO层的阻抗惡化并且减少ITO层的透光率 解決方案： w 用超高密度的ITO靶材（>95%）可獲得改善 w 將target表面處理平滑及乾淨
Void
原因： w film的膨胀系数大于底材时,从高温降至室温时,film受到拉伸应力,如此
应力过大时,Al原子沿晶界向膜下移动,形成許多空隙(Void)或裂痕 (Cracks) w Al在高温制程时,成膜的晶粒方向不一样,（111）晶粒在两（110）晶粒 间形成Void,因为（110）晶粒和（111）晶粒的热膨胀系数不同 w 金屬連線高低起伏的外觀使上面鍍絕緣層不易完全將縫隙填滿（填塞不 良）,留下Void w ITO成膜速度太快使得薄膜呈柱狀結構造成有很多孔洞（Void）產生而 影響膜質
Splash
原因： 当target局部（如void、
oxide處）散热不均,过 热地方在高温下融化, 在Ar离子轰击下滴落在 基板上,形成Dome type的splash 在target edge有强烈的 arcing现象,使边缘的金 属融化溅落在基板上, 形成wing type的splash
制在約數mtorr 4、加入電場(target為負極),點燃plasma,
開始鍍膜 5、膜厚度達到之後,停止電場 6、基板從S Chamber傳到T Chamber 7、基板送入L Chamber,破真空取出
Hillock （Al）
原因：
w film的膨胀系数小于底材时,从高 温降至室温,film受到挤压应力, 若此应力过大时,Al原子沿晶界 向膜上移动,形成小的突起
w Al成膜的晶粒方向不一致,在後續 高温制程时,（110）晶粒在两 （111）晶粒间形成hillock,形 成的原因为（110）晶粒和（111） 晶粒的热膨胀系数不同
Hillock
Hillock （Al）
後果：易造成闸极线与信号线相會處短路 解决方案： w 用AlNd target代替Al target w 在Al上面再镀一层覆盖金属来抑制Al hillock的产生 w 減小grain size可降低hillock凸出的大小
提高Target的纯度,使其低氧化低雜質（Inclusion） 提高Target密度（ Void ） 提高Target表面平整度（Surface Finish） 减小target晶粒的大小,提高均一性（Gain Size）
Nodule（ITO）
原因:
w ITO靶材是由氧化銦及氧化錫熱燒結而成,若混合不均及壓結密度不足 就易在濺鍍時產生節瘤
Sputter原理和流程
PVD製程知識
Gas in
Sputter原理
+-
N
S
N
pumping
電子螺旋運動
電子平均自由徑比較
Magnetron DC Sputtering
低，陰極加磁鐵
低
濺擊能量
濺擊產額
電子平均自 由徑及能量
增大
增長，變大
濺擊總 能量
Ar+數量 及能量
增多，變大
Parameter
Crystal Growth Mechanism
PVD Flow
機械流程 動作流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
機械 流程
Sputter Process Flow:
1、抽真空(粗抽) - 760torr至10-3 torr 2、抽真空(細抽) - 10-3 torr至10-8 torr 3、到達底壓約10-7 torr後通Ar氣,使壓力控