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。
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
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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
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。
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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