物理气相沉积 CVD

Sputter工艺技术2013.6.28Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司Summary11•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PVD---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从原材料中发射粒子（通过蒸发、升华、溅射等过程）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）粒子在基板上凝结。成核、生长和成膜。分类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3Sputter---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Ar气阴极(-)Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司4溅射产生过程1.Sputter工艺介绍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子产生碰撞级联原子动能超过结合能表面原子逸出Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司5Sputter特点1.Sputter工艺介绍（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。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6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(LorentzForce)，电子在洛伦兹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；Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司7离子密度随磁力线分布，所以靶材会有蚀刻图形出来。1.Sputter工艺介绍Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司8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2.Sputter成膜与关键参数Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司9溅射工艺参数影响2.Sputter成膜与关键参数Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司10溅射工艺参数影响2.Sputter成膜与关键参数Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司3.Sputter常见异常介绍11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，60℃30℃90℃120℃成膜后(AOI)成膜后(AOI)Etch后(AOI)HillockCopyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司12SEM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。3.Sputter常见异常介绍Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司13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。3.Sputter常见异常介绍Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司14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。3.Sputter常见异常介绍Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司15靶材局部散热不均,造成融化滴在基板上OxideorVoidTargetMeltedparticleHeatedarea圆形慧星狀arcing治具Splash产生原因Ar+3.Sputter常见异常介绍Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司16DomeTypewingTypeAOI检测图3.Sputter常见异常介绍Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司17NoduleITO靶材表面突起3.Sputter常见异常介绍Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司18ITO屑吸附在靶材上Nodule爆开形成更多ITO屑Nodule形成Nodule增殖ITOSputterNodule形成与增殖Arcing3.Sputter常见异常介绍Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司4.Sputter工艺应用19Sputter在LTPS中应用Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司20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Gateline、Dateline等电压降较高，影响TFT工作；4.Sputter工艺应用Particle管控Copyright©昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司21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ITOsputter之后Ioff上升很明显，退火之后会有一点下降，说明sputter工艺会造成Ioff上升。A:passivation之后B:平坦化层C:平坦化层退火D:平坦化层AshingE:ITOsputter之后F:ITO退火之后4.Sputter工艺应用谢谢！