物理气相沉积__CVD
气相沉积炉介绍及技术参数
气相沉积炉介绍及技术参数一、原理气相沉积炉是一种利用气体在高温条件下附着在基底表面形成薄膜的热处理设备。
其原理主要分为物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，简称PVD）和化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）两种。
1.物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是通过在高真空或惰性气体氛围中将源材料加热到高温，使其蒸发并沉积在基底表面形成薄膜。
常用的物理气相沉积方法包括蒸发法（Evaporation）、溅射法（Sputtering）、分子束外延法（Molecular Beam Epitaxy，简称MBE）等。
2.化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是通过在高温条件下将气体中的源材料分解并反应在基底表面上形成薄膜。
常用的化学气相沉积方法包括热CVD、低压CVD、微波CVD、等离子体增强CVD等。
二、技术参数1.温度范围2.压力范围3.反应室尺寸反应室尺寸是根据不同的应用需求设计的，可根据沉积矩阵的尺寸和数量进行调整。
大尺寸反应室通常适用于大面积薄膜的制备，小尺寸反应室则适用于微纳米尺寸器件的制备。
4.加热方式5.气氛控制为了保证沉积过程的成功，气相沉积炉需要精确控制反应室中的气氛，通常通过调整流量控制器和泵等设备来实现。
三、应用1.半导体工业2.光电子工业3.光纤通信总结：气相沉积炉是一种重要的材料制备设备，广泛应用于半导体、光电子和光纤通信等领域。
根据不同的工艺需求，可以选择物理气相沉积或化学气相沉积等工艺。
其技术参数包括温度范围、压力范围、反应室尺寸、加热方式和气氛控制等。
气相沉积炉的应用主要涵盖半导体工业、光电子工业和光纤通信等领域，可以制备出具有特定光学、电学和磁学性质的薄膜和器件。
五电极材料共同沉积
五电极材料共同沉积
首先，五电极材料共同沉积的方法包括物理气相沉积（PVD）和
化学气相沉积（CVD）。
PVD是通过蒸发或溅射将材料沉积在基板表面，而CVD是通过化学反应使气态前体在基板表面沉积。
这些方法
可以实现在同一表面上沉积多种材料。
其次，五电极材料共同沉积的优点之一是可以制备复合材料，
具有多种材料的特性，比如强度、导电性和光学性能。
这种复合材
料可以在多种应用中发挥作用，比如在电子设备中提高性能，或者
在能源领域中提高效率。
此外，五电极材料共同沉积的挑战之一是控制不同材料的沉积
速率和均匀性。
由于每种材料的化学性质和结构不同，需要精确控
制沉积条件以实现均匀的沉积。
另外，五电极材料共同沉积还涉及到材料的选择和相互作用。
在选择材料时，需要考虑它们的相容性和互相作用，以确保它们可
以在同一表面上共同存在并发挥作用。
总的来说，五电极材料共同沉积是一种复杂而有挑战性的技术，
但它具有巨大的潜力，可以为多种应用领域带来新的材料和性能。
在未来，随着材料科学和制备技术的不断进步，这种技术将会得到更广泛的应用和发展。
第七章气相沉积技术
离子镀膜的基本过程
蒸发 材料
蒸发材料 被电离
离子加速
基片 (工件)
气体光辉放电
镀膜材料的蒸发、材料离子化、离子加速、离子轰击 工件表面沉积成膜。
28
离子镀膜的特点
膜层的附着力强，不易脱落，这是离子镀膜的重要特性。
如在不锈钢上镀制2050m厚的银膜，可以达到300MPa的 粘附强度，钢上镀镍，粘附强度也极好。
1
负偏压
靶
plasma
基片
物理 气相沉积
反应性气体 CH4
基片
化学 气相沉积
2
7.1 气相沉积的过程
气相沉积基体过程包括三个步骤： （1）提供气相镀料；
蒸发镀膜: 使镀料加热蒸发； 溅射镀膜: 用具有一定能量的离子轰击，从靶材上击出镀料原子。 （2）镀料向所镀制的工件（或基片）输送 （在真空中进行，这主要是为了避免过多气体碰撞） 高真空度时（真空度为 10-2Pa）： 镀料原子很少与残余气体分子碰撞，基本上是从镀源直线前进至基片； 低真空度时（如真空度为 10Pa）： 则镀料原子会与残余气体分子发生碰撞而绕射，但只要不过于降低镀膜 速率，还是允许的。 真空度过低，镀料原子频繁碰撞会相互凝聚为微粒，则镀膜过程无法进 行。
22
3）溅射镀膜工艺与应用
溅射薄膜按其不同的功能和应用可大致分为机械功能膜和 物理功能膜两大类。
前者包括耐磨、减摩、耐热、抗蚀等表面强化薄膜材料、 固体润滑薄膜材料；后者包括电、磁、声、光等功能薄膜 材料等。
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采用Cr、Cr-CrN等合金靶或镶嵌靶，在N2、CH4等气氛 中进行反应溅射镀膜，可以在各种工件上镀Cr、CrC、 CrN等镀层。纯铬膜的显微硬度为425～840HV，CrN膜 为1000～350OHV，不仅硬度高且摩擦系数小，可代替水 溶液电镀铬。
物理气相沉积 CVD
Nodule
ITO 靶材表面突起
3. Sputter常见异常介绍
17
➢Nodule形成与增殖
3. Sputter常见异常介绍
ITO屑吸附在靶材上
ITO Sputter
Nodule
Arcin g
增殖
Nodule爆开形成更多ITO屑Biblioteka Nodule形成18
Sputter 在LTPS 中应用
4. Sputter工艺应用
13
➢Hillock起因分析-应力分析
3. Sputter常见异常介绍
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。
Sputter工艺技术
2013.6.28
Summary
1
1.Sputter工艺介绍
PVD---物理气相沉积技术（Physical Vapor Deposition） ➢定义
物理气相沉积技术（Physical Vapor Deposition，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。 ➢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
14
Splash
➢产生原因
治具
3. Sputter常见异常介绍
靶材局部散热不均,造成融化滴在基板上
二维材料合成综述
二维材料合成综述二维材料是指在三个维度中，有一个维度的大小受到限制，仅为原子层或分子层厚的材料。
这些材料具有独特的物理、化学和生物学特性，因此在许多领域具有广泛的应用前景。
近年来，二维材料的合成技术得到了广泛关注，并取得了一系列重要进展。
1.剥离法：剥离法是制备二维材料最常用的方法，主要包括机械剥离、化学剥离和液相剥离。
机械剥离是通过物理手段（如刮刀、胶带等）将二维材料从原始的体块中分离出来。
化学剥离则是利用化学反应将二维材料从体块中释放出来。
液相剥离则是将原始体块放入某种溶剂中，通过溶剂作用使二维材料分离出来。
2.气相沉积法：气相沉积法是将材料在气相中合成并通过沉积过程制备二维材料的方法。
这种方法主要包括化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）。
CVD法是通过气相反应生成二维材料并沉积在基底上，而PVD法则是通过蒸发、溅射等过程将材料沉积在基底上。
3.湿化学法：湿化学法是通过溶液中的化学反应制备二维材料的方法。
这种方法通常使用金属盐、有机物或无机物作为前驱体，通过水解、缩聚等过程生成二维材料。
湿化学法具有操作简便、成本低廉、易于控制化学组成和结构等优点。
4.模板法：模板法是将二维材料生长在模板上，然后通过模板的去除或替换得到自由状态的二维材料。
这种方法可以实现对二维材料形貌和尺寸的精确控制，但模板的选择和制备过程较为复杂。
5.自组装法：自组装法是通过分子自发组装过程制备二维材料的方法。
这种方法利用分子间的相互作用力和有序排列，实现对二维材料结构和组成的调控。
自组装法具有高度有序、尺寸均匀和形貌可控等优点，但实验条件要求较高。
6.生物模板法：生物模板法是利用生物体（如细菌、藻类等）作为模板制备二维材料的方法。
这种方法可以实现对二维材料形貌、结构和组成的调控，同时具有生物相容性和环保优点。
随着合成技术的不断发展，二维材料的研究和应用正逐步深入。
各种合成方法各有优缺点，研究人员可以根据实际需求选择合适的方法制备具有特定性能的二维材料。
PVD和CVD涂层方法
PVD和CVD涂层方法涂层方法目前生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。
前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5µm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10µm，并且设备简单，涂层均匀。
因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD法。
硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相)，导致刀片脆性破裂。
近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。
国外还用PVD/CVD相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PACVD法(等离子体化学气相沉积法)。
即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至400℃以下(目前涂覆温度已可降至180℃~200℃)，使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。
据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。
用CVD法涂层时，切削刃需预先进行钝化处理(钝圆半径一般为0.02~0.08mm，切削刃强度随钝圆半径增大而提高)，故刃口没有未涂层刀片锋利。
所以，对精加工产生薄切屑、要求切削刃锋利的刀具应采用PVD法。
涂层除可涂覆在普通切削刀片上外，还可涂覆到整体刀具上，目前已发展到涂覆在焊的硬质合金刀具上。
据报道，国外某公司在焊接式的硬质合金钻头上采用了PCVD法，结果使加工钢料时的钻头寿命比高速钢钻头长10倍，效率提高5倍。
涂层成份又有哪些呢？各自的区别在哪里，应用面怎样。
通常使用的涂层有：TiC、TiN、Ti（C.N）、Gr7O3、Al2O3等。
以上几种CVD的硬质涂层基本具备低的滑动摩擦系数，高的抗磨能力，高的抗接触疲劳能力，高的表面强度，保证表面具有足够的尺寸稳定性与基体之间有高的粘附强度。
PVD与CVD涂层工艺比较PVD与CVD涂层工艺比较沉积温度涂层厚度涂层表面状态主要涂层材料涂层结合强度对环境影响主要应用领域物理气相沉积500℃或更低，沉积温度低刀具变型不，基体的硬度强度不降低。
制作氧化锡薄膜的方法
制作氧化锡薄膜的方法
制作氧化锡薄膜的常见方法有物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两种方法。
1. 物理气相沉积（PVD）：
- 蒸发沉积：将金属锡加热至其蒸汽压达到一定值，让其蒸发在基底表面上形成氧化锡薄膜。
- 磁控溅射：使用带有金属锡靶的溅射装置，施加高频电场使锡离子释放，然后沿着惰性气体（如氩气）形成的轨道击中基底表面。
2. 化学气相沉积（CVD）：
- 热CVD：通过在高温（通常在200-1000°C）下将有机锡化合物（如四氯化锡）与氧气反应，使其降解沉积在基底表面形成氧化锡薄膜。
- 气相沉积：以液体有机锡化合物为前体，在低温下（通常在50-150°C）通过气相喷雾使其与氧气反应，形成氧化锡薄膜。
无论是PVD还是CVD方法，制备氧化锡薄膜的具体条件（如温度、气氛、前体物质等）都会对薄膜的性质产生影响，并且需要确保在制备过程中薄膜与空气中的氧气反应以形成氧化锡。
化学气相沉积(CVD)技术梳理
化学气相沉积（CVD）技术梳理1. 化学气相沉积CVD的来源及发展化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）中的Vapor Deposition意为气相沉积，其意是指利用气相中发生的物理、化学过程，在固体表面形成沉积物的技术。
按照机理其可以划分为三大类：物理气相沉积（Physical Vapor Deposition,简称PVD），化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,简称CVD）和等离子体气相沉积（Plasma Chemical Vapor Deposition,简称PCVD）。
[1]目前CVD的应用最为广泛，其技术发展及研究也最为成熟，其广泛应用于广泛用于提纯物质、制备各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。
CVD和PVD之间的区别主要是，CVD沉积过程要发生化学反应，属于气相化学生长过程，其具体是指利用气态或者蒸汽态的物质在固体表面上发生化学反应继而生成固态沉积物的工艺过程。
简而言之，即通过将多种气体原料导入到反应室内,使其相互间发生化学反应生成新材料，最后沉积到基片体表面的过程。
CVD这一名称最早在Powell C F等人1966年所著名为《Vapor Deposition》的书中被首次提到，之后Chemical Vapor Deposition才为人广泛接受。
[2]CVD技术的利用最早可以被追溯到古人类时期，岩洞壁或岩石上留下了由于取暖和烧烤等形成的黑色碳层。
现代CVD技术萌芽于20世纪的50年代，当时其主要应用于制作刀具的涂层。
20世纪60～70年代以来，随着半导体和集成电路技术的发展，CVD技术得到了长足的发展和进步。
1968年Nishizawa课题组首次使用低压汞灯研究了光照射对固体表面上沉积P型单晶硅膜的影响，开启了光沉积的研究。
[3] 1972年Nelson和Richardson用CO2激光聚焦束沉积碳膜，开始了激光化学气相沉积的研究。
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Splash
➢产生原因
治具
3. Sputter常见异常介绍
靶材局部散热不均,造成融化滴在基板上
Oxide or Void
Target
Heated area
arcing
Melted particle Ar+
慧星狀
圆形
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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。
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3.Sputter常见异常介绍
➢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。
物理气相沉积技术（Physical Vapor Deposition，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。
➢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） 粒子在基板上凝结介绍
AOI 检测图
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Dome Type
wing Type
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Nodule
ITO 靶材表面突起
3. Sputter常见异常介绍
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➢Nodule形成与增殖
2.Sputter成膜与关键参数
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➢溅射工艺参数影响
2.Sputter成膜与关键参数
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➢溅射工艺参数影响
2.Sputter成膜与关键参数
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3.Sputter常见异常介绍
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。
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➢分类
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2
Sputter---溅射 ➢基本原理
靶材
1.Sputter工艺介绍
真空溅射腔
阴极(-)
Ar+ 等离子体
阳极(+)
玻璃基板
Ar 气
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。
3. Sputter常见异常介绍
ITO屑吸附在靶材上
ITO Sputter
Nodule
Arcing
增殖
Nodule爆开形成更多ITO屑
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Nodule形成
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Sputter 在LTPS 中应用
4. Sputter工艺应用
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Hillock
➢定义：Al薄膜（Pure Al）在成膜过程中和Anneal后表面出现的小突起就称为Hillock，
90℃
120℃
成膜后(AOI)
成膜后(AOI)
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Etch后(AOI)
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3.Sputter常见异常介绍
SEM表面
AFM表面
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➢Hillock起因分析-应力分析
3. Sputter常见异常介绍
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。
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3
➢溅射产生过程
入射离子与样 品原子碰撞
动能转换
1.Sputter工艺介绍
原子动能超 过势垒
离位原子 产生
表面原子逸 出
原子动能超 过结合能
碰撞级联
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4
➢Sputter 特点
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1.Sputter工艺介绍
离子密度随磁力线分布，所以靶材会有蚀刻图形出来。
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➢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
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4. Sputter工艺应用
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；
Sputter工艺技术
2013.6.28
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
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Summary
1
1.Sputter工艺介绍
PVD---物理气相沉积技术（Physical Vapor Deposition） ➢定义
5
1.Sputter工艺介绍
➢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；