PVD基礎(chǔ)知識.ppt

一 氣相沉積 氣相沉積可以分為三類 真空蒸鍍1 PVD離子鍍?yōu)R射鍍常壓CVD2 CVD低壓CVD光CVD金屬有機(jī)化合物熱分解射頻PECVD3 PECVD直流PECVD射頻直流PECVD 4 PVD全稱 物理氣相沉積 Physicalvapordispotion 5 PVD工藝目的 沉積AL作為背電極 收集單位面積載流子 減少出射光 提高光在非晶硅薄膜中的利用率 填充2nd激光凹槽 作為子電池正負(fù)電極的內(nèi)連導(dǎo)線 二 PVD八大系統(tǒng) 1 真空室PVD真空室可以分為五室 八室 十室 一車間的為五室 八室 二 三車間的為八室 四車間的為十室 十室PVD是在八室PVD的基礎(chǔ)上多了兩個濺射室 真空狀態(tài)可以分為三種 低真空 10E2pa 10E5pa中真空 10E 1pa 10E2pa高真空 10E 5pa 10E 1pa濺射室濺射真空度一般為 9 9E 2 9 9E 1pa 2 真空系統(tǒng)PVD泵組分為 羅茨泵 機(jī)械泵和分子泵 羅茨泵 在1 100pa有較大抽速 彌補(bǔ)了旋片式機(jī)械泵抽速小的缺陷 羅茨泵不能從大氣壓開始工作 也不能直接將氣體排出大氣 因此它必須配以前級泵 機(jī)械泵 主要室抽大氣 抽氣體時氣壓變高 氣壓還未達(dá)到1atm時 部分水蒸汽凝結(jié)成液體 混入泵油中的水珠蒸發(fā)變成水蒸汽進(jìn)入泵體 影響抽氣效果 真空泵油中混入水珠后 使油性惡化 機(jī)械泵油小氣孔摻氣閥門 在氣體未凝結(jié)成水之前 將水汽排出 分子泵 分子泵抽高真空 5pa一下才可以開啟 大于50pa會燒壞 3 進(jìn)氣系統(tǒng)PVD進(jìn)氣系統(tǒng)主要有 破空閥 Ar氣 氧氣門閥 破空閥將外界空氣放入真空腔室內(nèi)部 Ar氣 氧氣門閥主要用來在濺射室通入Ar氣 氧氣等正常工藝所需氣體 4 真空測量系統(tǒng) PVD每個腔室都有一個真空硅 它有一個探針伸入到真空室內(nèi) 在中真空和高真空狀態(tài)測量較準(zhǔn)確 在低真空狀態(tài)測量較準(zhǔn)確 5 加熱系統(tǒng) PVD進(jìn)片室 隔離室 緩沖室都由碘鎢燈或者鋼管進(jìn)行加熱的部件 加熱主要是工藝需要 6 工件傳送系統(tǒng)PVD每個腔室都有一個電機(jī) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器控制1 2 3 8 9 10室是高速傳送 4 5 6 7室是低速傳送 調(diào)整高速度和低速度的參數(shù) 可以改變其大小 7 冷卻系統(tǒng)PVD冷卻系統(tǒng)由兩種 水冷與風(fēng)冷 風(fēng)冷是講熱氣流直接通過管道排出去 進(jìn)出片室與濺射室的大組合泵屬于水冷 隔離室兩個小組合泵屬于風(fēng)冷 靶材冷卻時是與總冷卻水管獨(dú)立開來 靶材冷卻時需要較低的溫度 8 磁控濺射靶 磁控濺射分為四種 直流濺射 射頻濺射 脈沖濺射 中頻濺射 我們的PVD只用到了中頻濺射與直流濺射 中頻濺射 中頻濺射用的是中頻電源 中頻電源用的室兩個相位不同 振幅相同 頻率相同的電壓 中頻電源的作用 避免了陰極消失 陰極中毒 提高了磁控濺射靶的穩(wěn)定性 中頻靶的原理 它利用孿生靶濺射系統(tǒng) 即將中頻交流電的兩輸出端 接到閉合磁場非平衡濺射的各自陰極上 直流濺射 直流濺射用的是直流電源 直流靶可以分為 銀靶 鋁靶 鎳鎘靶 直流濺射的原理 直流濺射過程中有一系列物理化學(xué)反應(yīng) 如 二次粒子發(fā)射 陰極濺射 氣體的解吸與分解 陰極被加熱 a 陰極濺射 在濺射室中通入的Ar氣在高壓作用下電離成Ar正離子和電子 Ar正離子在陰極作用下加速 與靶材撞擊釋放能量 Al原子脫離晶格束縛 Al原子高速度飛向基片 沉積形成薄膜 b 二次粒子發(fā)射 原理圖見版書 Al正離子轟擊陰極時 發(fā)生二次粒子發(fā)射產(chǎn)生二次電子 二次電子在靶表面以擺線方式前進(jìn) 二次電子在陰極暗區(qū)被加速到相應(yīng)的速度稱為一次電子 一次電子進(jìn)入輝光區(qū) 能量低于Ar氣電離所需要的能量 激發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)烈的輝光 因此磁控濺射過程伴隨著輝光效應(yīng) 直流二級濺射的放電是靠正離子轟擊陰極所產(chǎn)生的二次電子經(jīng)陰極暗區(qū)加速后去補(bǔ)充一次電子的消耗來維持濺射過程 濺射效應(yīng)室手段 沉積是目的 電離效應(yīng)室條件 三 PVD腔室結(jié)構(gòu) 原理圖見版書 PVD有十個腔室 進(jìn)片室 隔離室1 緩沖室1 濺射室1 2 3 4 緩沖室2 隔離室2 出片室 上料臺 上料臺有三個感應(yīng)器 只有后兩個感應(yīng)器同時亮?xí)r才會自動定位 進(jìn)片室門閥自動打開 兩組間隔時間由加熱時間和傳動速度決定 一般大于68秒 上料之前需要進(jìn)行掩膜 掩膜的目的是防止邊緣鍍鋁后掃邊未掃干凈 造成邊緣短路 功率降低 進(jìn)片室 作用 在真空狀態(tài)與大氣狀態(tài)進(jìn)行交替 使芯片能夠進(jìn)入高真空的隔離室和濺射室 進(jìn)片室有碘鎢燈用于加熱 隔離室 作用 隔離進(jìn)片室和濺射室 使濺射室的高真空不會受到進(jìn)片室的中真空影響 提高濺射鍍膜的效果 隔離室有鋼管制成的加熱棒 用于給芯片加熱 緩沖室 作用 進(jìn)行高低速度轉(zhuǎn)換 使芯片在濺射室內(nèi)處于低速狀態(tài) 增加膜厚 在進(jìn)出片室隔離室處于高速狀態(tài) 降低PVD的鍍膜時間 緩沖室與隔離室一樣 有鋼管制成的加熱棒 用于給芯片加熱 濺射室 PVD有四個濺射室 前兩個是中頻濺射 ZnO 室 后兩個室是直流濺射室 a 中頻濺射室 ZnO靶材的結(jié)構(gòu) ZnO靶材屬于陶瓷 有三層結(jié)構(gòu) ZnO層 銦層和銅層 在ZnO靶材與冷卻箱之間加了一層石墨 用于加強(qiáng)冷卻效果 ZnO靶材的作用 能更有效地減少出射光 提高光在非晶硅薄膜中的利用率 b 直流濺射室 直流靶材的結(jié)構(gòu) 直流靶材可以為Al靶 銀靶或鎳鎘靶 Al靶冷卻效果較好 比較常用 Ag靶電導(dǎo)率較大 鍍出來的膜電阻較小 但是容易脫膜 在鍍過ZnO或功率小于5kw時不易脫膜 NiCr靶電阻太大 比較不常用 在低速和功率相同時 不同靶材的電阻如下 靶材電阻R 歐 Al3Ag0 9NiCr90 四