Sputter工藝介紹課件

SputterIntroduction2009/12/17SputterIntroduction2009/12/17contentSputter原理Sputter裝置構(gòu)造Sputter制程品質(zhì)控制contentSputter原理Sputter裝置構(gòu)造Spu第一部分Sputter原理第一部分1.1原理概述在真空環(huán)境電極兩端加上高壓產(chǎn)生直流輝光放電，使導(dǎo)入的工藝氣體電離，正離子在電場作用下高速轟擊靶材，逸出的靶材原子和分子向被鍍膜基片表面沉積。入射粒子撞擊靶面發(fā)生一系列碰撞，經(jīng)能量傳遞某些原子獲得指向靶表面外的動量以及足夠的能量逸出靶面成為濺射原子。1.1原理概述在真空環(huán)境電極兩端加上高壓產(chǎn)生直1.2影響濺射因素1入射粒子的能量只有當(dāng)入射粒子的能量超過閾值(~101eV)以后才會發(fā)生濺射。在一定范圍內(nèi)(~keV)濺射率隨能量增加而提高。而過大的能量會使入射粒子注入靶材內(nèi)部，減少濺射率。2粒子入射角度傾斜入射利于提高濺射率；3入射粒子的種類重粒子的濺射率高于輕粒子。4靶材溫度溫度升高，靶材原子間結(jié)合力減小，入射粒子較小的能量即可使濺射發(fā)生5工作壓強……1.2影響濺射因素1入射粒子的能量1.3濺射鍍膜的特點1膜厚的可控性與重復(fù)性好——基于參數(shù)控制與濺射粒子的方向隨機2適用范圍廣——金屬、半導(dǎo)體、化合物或混合物固體3薄膜與基片的結(jié)合性強——粒子沉積后有足夠能量進行遷移，結(jié)合牢固4適于大面積自動化生產(chǎn)1.3濺射鍍膜的特點1膜厚的可控性與重復(fù)性好1.4直流磁控濺射利用磁體在陰極靶面建立環(huán)形封閉磁場。該磁場與靶面平行的分量與垂直于靶面的電場構(gòu)成正交的電磁場，束縛碰撞出的二次電子在電磁場中作回旋運動。從而增加與工藝氣體碰撞電離的概率，使等離子密度提高，加快沉積速度。1.4直流磁控濺射利用磁體在陰極靶面建立環(huán)形封取電場強度E方向為y軸，磁感應(yīng)強度B與靶面平行的分量方向為z軸，在近靶面正交電磁場內(nèi)二次電子的運動：v⊥為電子初始速度垂直于B的分量大小。即電子在與B垂直的平面做半徑為的圓周運動的同時，以速率向方向漂移，從而在該路徑加快濺射，在靶面形成“跑道”取電場強度E方向為y軸，磁感應(yīng)強度B與靶面平行的分量方向為z1.5直流磁控濺射的特點除提高沉積速度外，直流磁控濺射有以下優(yōu)點：1因能在靶面形成高密度等離子，工作壓強低于普通直流濺射2濺射粒子遷移途中碰撞減少，到達基片時具有較大動能3可以將陽極設(shè)在基片位置以外（SMD-950），減弱二次電子轟擊基片導(dǎo)致基片升溫的問題缺點：1不適用于濺射絕緣材料2靶面上磁場的相應(yīng)位置因為快速濺射，形成溝道。使靶材利用率低，使用后期的沉積均勻性變差。1.5直流磁控濺射的特點除提高沉積速度外，直流磁控濺射有以第二部分Sputter裝置構(gòu)造第二部分2.1設(shè)備概況2.1設(shè)備概況2.2Load/Unload室作用1.基片進出設(shè)備2.在大氣與高真空腔室間壓強過渡*高代線設(shè)備在Load/Unload室設(shè)加熱裝置作預(yù)加熱2.2Load/Unload室2.3Transfer室作用將基片在Load/Unload、Heater、Sptuuer室間搬送Transfer室底部四個光學(xué)sensor判斷基片是否存在，并檢查基片位置。2.3Transfer室Transfer室底部四個光學(xué)se2.4Heater室作用在濺射前對基片預(yù)加熱2.4Heater室通過加熱板將基片預(yù)加熱到濺射所要求溫度對每個目標加熱溫度需要實驗測定溫度設(shè)定值與最短加熱時間多層加熱板通過加熱板將基片預(yù)加熱到濺射所要求溫度多層加熱板2.5Sputter室2.5Sputter室濺射過程1當(dāng)platen處于水平位置時，真空機械手臂將基板送入SP室，

platen旋轉(zhuǎn)90度到豎直成膜位置。靶材與基片處于豎直位置濺射，利于減少particle在靶材與基片上累積。濺射過程1當(dāng)platen處于水平位置時，真空機械手臂將基板2在Ar導(dǎo)入與冷凝泵排氣兩者作用下腔室達到穩(wěn)定工作壓強。3陰極加直流電，Ar電離。4

Ar+入射靶面（102eV），靶材粒子沉積于基板成膜（101eV）。2在Ar導(dǎo)入與冷凝泵排氣兩者作用下腔室達到穩(wěn)定工作壓強。Sputter室影響膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)1靶面與基片距離影響沉積分布隨靶材的消耗，靶面與基片距離增加。通過磁體位置調(diào)節(jié)作補償。2氣體流量與成膜壓強3

DC電源的輸出4基片溫度Sputter室影響膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)1靶面與基片距離影響第三部分Sputter制程品質(zhì)控制第三部分Rs

&Thickness主要影響因素濺射時間、DC功率；基片溫度、放電壓強、雜質(zhì)氣體成分Rs&Thickness主要影響因素Defect濺射前污染—附著性差/pattern缺失pattern缺失Defect濺射前污染—附著性差/pattern缺失膜面顆粒particle，膜內(nèi)particlePDC膜面particle膜內(nèi)particle膜面顆粒particle，膜內(nèi)particlePDC膜面pa成膜后物理性損傷Scratch擦傷成膜后物理性損傷Scratch擦傷其他Stress&Adhesion附著力受濺射時基片溫度影響金屬膜反射率/ITO透過率工藝氣體成分影響其他Stress&Adhesion附著力THEENDTHEENDSputterIntroduction2009/12/17SputterIntroduction2009/12/17contentSputter原理Sputter裝置構(gòu)造Sputter制程品質(zhì)控制contentSputter原理Sputter裝置構(gòu)造Spu第一部分Sputter原理第一部分1.1原理概述在真空環(huán)境電極兩端加上高壓產(chǎn)生直流輝光放電，使導(dǎo)入的工藝氣體電離，正離子在電場作用下高速轟擊靶材，逸出的靶材原子和分子向被鍍膜基片表面沉積。入射粒子撞擊靶面發(fā)生一系列碰撞，經(jīng)能量傳遞某些原子獲得指向靶表面外的動量以及足夠的能量逸出靶面成為濺射原子。1.1原理概述在真空環(huán)境電極兩端加上高壓產(chǎn)生直1.2影響濺射因素1入射粒子的能量只有當(dāng)入射粒子的能量超過閾值(~101eV)以后才會發(fā)生濺射。在一定范圍內(nèi)(~keV)濺射率隨能量增加而提高。而過大的能量會使入射粒子注入靶材內(nèi)部，減少濺射率。2粒子入射角度傾斜入射利于提高濺射率；3入射粒子的種類重粒子的濺射率高于輕粒子。4靶材溫度溫度升高，靶材原子間結(jié)合力減小，入射粒子較小的能量即可使濺射發(fā)生5工作壓強……1.2影響濺射因素1入射粒子的能量1.3濺射鍍膜的特點1膜厚的可控性與重復(fù)性好——基于參數(shù)控制與濺射粒子的方向隨機2適用范圍廣——金屬、半導(dǎo)體、化合物或混合物固體3薄膜與基片的結(jié)合性強——粒子沉積后有足夠能量進行遷移，結(jié)合牢固4適于大面積自動化生產(chǎn)1.3濺射鍍膜的特點1膜厚的可控性與重復(fù)性好1.4直流磁控濺射利用磁體在陰極靶面建立環(huán)形封閉磁場。該磁場與靶面平行的分量與垂直于靶面的電場構(gòu)成正交的電磁場，束縛碰撞出的二次電子在電磁場中作回旋運動。從而增加與工藝氣體碰撞電離的概率，使等離子密度提高，加快沉積速度。1.4直流磁控濺射利用磁體在陰極靶面建立環(huán)形封取電場強度E方向為y軸，磁感應(yīng)強度B與靶面平行的分量方向為z軸，在近靶面正交電磁場內(nèi)二次電子的運動：v⊥為電子初始速度垂直于B的分量大小。即電子在與B垂直的平面做半徑為的圓周運動的同時，以速率向方向漂移，從而在該路徑加快濺射，在靶面形成“跑道”取電場強度E方向為y軸，磁感應(yīng)強度B與靶面平行的分量方向為z1.5直流磁控濺射的特點除提高沉積速度外，直流磁控濺射有以下優(yōu)點：1因能在靶面形成高密度等離子，工作壓強低于普通直流濺射2濺射粒子遷移途中碰撞減少，到達基片時具有較大動能3可以將陽極設(shè)在基片位置以外（SMD-950），減弱二次電子轟擊基片導(dǎo)致基片升溫的問題缺點：1不適用于濺射絕緣材料2靶面上磁場的相應(yīng)位置因為快速濺射，形成溝道。使靶材利用率低，使用后期的沉積均勻性變差。1.5直流磁控濺射的特點除提高沉積速度外，直流磁控濺射有以第二部分Sputter裝置構(gòu)造第二部分2.1設(shè)備概況2.1設(shè)備概況2.2Load/Unload室作用1.基片進出設(shè)備2.在大氣與高真空腔室間壓強過渡*高代線設(shè)備在Load/Unload室設(shè)加熱裝置作預(yù)加熱2.2Load/Unload室2.3Transfer室作用將基片在Load/Unload、Heater、Sptuuer室間搬送Transfer室底部四個光學(xué)sensor判斷基片是否存在，并檢查基片位置。2.3Transfer室Transfer室底部四個光學(xué)se2.4Heater室作用在濺射前對基片預(yù)加熱2.4Heater室通過加熱板將基片預(yù)加熱到濺射所要求溫度對每個目標加熱溫度需要實驗測定溫度設(shè)定值與最短加熱時間多層加熱板通過加熱板將基片預(yù)加熱到濺射所要求溫度多層加熱板2.5Sputter室2.5Sputter室濺射過程1當(dāng)platen處于水平位置時，真空機械手臂將基板送入SP室，

platen旋轉(zhuǎn)90度到豎直成膜位置。靶材與基片處于豎直位置濺射，利于減少particle在靶材與基片上累積。濺射過程1當(dāng)platen處于水平位置時，真空機械手臂將基板2在Ar導(dǎo)入與冷凝泵排氣兩者作用下腔室達到穩(wěn)定工作壓強。3陰極加直流電，Ar電離。4

Ar+入射靶面（102eV），靶材粒子沉積于基板成膜（101eV）。2在Ar導(dǎo)入與冷凝泵排氣兩者作用下腔室達到穩(wěn)定工作壓強。Sputter室影響膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)1靶面與基片距離影響沉積分布隨靶材的消耗，靶面與基片距離增加。通過磁體位置調(diào)節(jié)作補償。2氣體流量與成膜壓強3

DC電源的輸出4基片溫度Sputter室影響膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)1靶面與基片距離影響第三部分Sputter制程品質(zhì)控制第三部分Rs

&Thickness主要影響因素濺射時間、DC功率；基片溫度、放電壓強、雜質(zhì)氣體成分Rs&Thickness主要影響因素Defect濺射前污染—附著性差/pattern缺失pattern缺失Defect濺射