PVD和CVD無(wú)機(jī)薄膜沉積方式
PVD和CVD無(wú)機(jī)薄膜沉積方式
Physical Vapor Deposition(PVD)
Physical Vapor Deposition(PVD)亦稱為物理氣象沉淀技術(shù)。該技術(shù)在真空條件下，通過(guò)先將材料源（固體或液體）表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過(guò)低壓氣體（或等離子體）過(guò)程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。
PVD沉積流程可以粗略的被分為鍍料的汽化、鍍料的遷移和鍍料的沉積三個(gè)部分。
PVD沉積過(guò)程
根據(jù)工藝不同，PVD可以進(jìn)一步分為真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍膜、離子鍍膜和分子束外延等。
真空蒸鍍（Vacuum Evaporation）
真空蒸鍍（Vacuum Evaporation）是指在真空條件下，使金屬、金屬合金或化合物蒸發(fā)，然后沉積在基體表面上的工藝。
比較常用的蒸發(fā)方法為電阻加熱，高頻感應(yīng)加熱或用電子束、激光束以及離子束高能轟擊鍍料等。
VE簡(jiǎn)要設(shè)備原理圖
濺射鍍膜（Vacuum Sputtering）
濺射鍍膜（Vacuum Sputtering）基本原理是充氬（Ar）氣的真空條件下，使氬氣進(jìn)行輝光放電，這時(shí)氬（Ar）原子電離成氬離子（Ar+），氬離子在電場(chǎng)力的作用下加速轟擊以鍍料制作的陰極靶材，靶材會(huì)被濺射出來(lái)而沉積到工件表面。
根據(jù)采用電流的不同，該工藝可以機(jī)一步分為采用直流輝光放電的直流（Qc）濺射，采用射頻（RF）輝光放電的射頻濺射以及磁控（M）輝光放電引起的稱磁控濺射。
電弧等離子體鍍膜
電弧等離子體鍍膜基本原理是在真空條件下，用引弧，使真空金壁（陽(yáng)極）和鍍材（陰極）之間進(jìn)行弧光放電，陰極表面快速移動(dòng)著多個(gè)陰極弧板，不斷迅速蒸發(fā)，使之電離成以鍍料為主要成分的電弧等離子體，并迅速將鍍料沉積于基體。因?yàn)橛卸嗷“?，所以也稱多弧蒸發(fā)離化過(guò)程。
離子鍍
離子鍍基本原理是在真空條件下，采用某種等離子體電離技術(shù)，使鍍料原子部分電離成離子，同時(shí)產(chǎn)生許多高能量的中性原子，在被鍍基體上加負(fù)偏壓。這樣在深度負(fù)偏壓的作用下，離子沉積于基體表面形成薄膜。
PVD技術(shù)不僅能用于金屬膜和合金膜的沉積，還可以用于沉積化合物、陶瓷、半導(dǎo)體和聚合物膜等材料。
在顯示屏生產(chǎn)中，真空蒸鍍PVD技術(shù)被用于沉積活潑的金屬電極和在用FMM工藝的AMOLED中沉積小分子的HIL/HTL/EML/ETL/EIL等，而磁控濺射PVD技術(shù)被用于AI、Cr、Ta、Mo等金屬上以及像素電極的透明ITO上。
磁控濺射與其他鍍膜方式比較
Chemical Vapor Evaporation(CVD)
Chemical Vapor Evaporation(CVD) 為化學(xué)氣象沉積。是指高溫下的氣相反應(yīng)。例如，金屬鹵化物、有機(jī)金屬、碳?xì)浠衔锏鹊臒岱纸?，氫還原或使它的混合氣體在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以析出金屬、氧化物、碳化物等無(wú)機(jī)材料的方法。
該工藝主要是指在較高溫度下的氣相反應(yīng)，并廣泛用于耐熱物質(zhì)圖層、高純度金屬的制作和半導(dǎo)體薄膜制作中。
CVD工藝主要包括五種基本的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，如：
高溫分解
光分解
還原反應(yīng)
氧化反應(yīng)
氧化還原反應(yīng)
CVD反應(yīng)物質(zhì)源根據(jù)其常態(tài)下相態(tài)的不同，又可以進(jìn)一步為：
氣態(tài)物質(zhì)源：在室溫下呈氣態(tài)的物質(zhì)（H2、N2、CH4和Ar等）。采用氣態(tài)物質(zhì)源時(shí)，因?yàn)橹恍枰昧髁坑?jì)來(lái)控制反應(yīng)氣體的流量，而不要控制溫度，大大簡(jiǎn)化了涂層設(shè)備系統(tǒng)。
液態(tài)物質(zhì)源：在室溫下成液態(tài)的反應(yīng)物質(zhì)，比如TiCI4、CH3CN、SiCI4和BCI3等。在采用液態(tài)物質(zhì)源源時(shí)通過(guò)控制載氣和加熱溫度來(lái)控制液態(tài)物質(zhì)進(jìn)入沉積室的量。
固態(tài)物質(zhì)源：在室溫下為固態(tài)的物質(zhì)，比如AlCl、NbCl5、TaCl5、 ZrCl5 和HfCl4 等。因?yàn)樵擃愇镔|(zhì)需要在較高的溫度下才能升華出需要的蒸汽量，則在使用該類工藝時(shí)需要對(duì)加熱溫度和在載氣量進(jìn)行嚴(yán)格控制。
可用CVD成膜的材料和氣體源
根據(jù)工藝溫度、壓力和原理的不同，CVD又可以再進(jìn)一步被細(xì)分為多個(gè)子項(xiàng)。因?yàn)樵贔DP生產(chǎn)中玻璃耐溫性有限，則在Display生產(chǎn)中主要采取的是PECVD工藝去制作含Si層，比如a-Si、SiO2和SiNx。
Display制造中幾種CVD技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
PECVD原理是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子體化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。
為了使化學(xué)反應(yīng)能在較低的溫度下進(jìn)行，利用了等離子體的活性來(lái)促進(jìn)反應(yīng)，因而這種CVD稱為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）。
在Display的制作中，PECVD主要用于制作a-Si的成膜、柵極絕緣膜和保護(hù)膜。
PECVD 成膜機(jī)理
SiNx 絕緣膜：通過(guò)SiH4、N2和NH3混合氣體作為反應(yīng)氣體，通過(guò)輝光放電生成等離子在襯底上成膜。
Si:H：SiH4氣體在反應(yīng)腔體中通過(guò)輝光放電，經(jīng)過(guò)一些列初級(jí)和次級(jí)反應(yīng)生成離子和子活性團(tuán)等較為復(fù)雜的反應(yīng)產(chǎn)物，然后生產(chǎn)a-Si:H薄膜沉積在基板上，其中直接參與成膜生長(zhǎng)的是一些中性產(chǎn)物，比如SiHn(n:0~3)。
在薄膜生長(zhǎng)時(shí)，如果采取1 次成膜工藝，則在薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中的缺陷會(huì)沿著成膜方向不斷生長(zhǎng)，從而暴露在表面。
同時(shí)因?yàn)榈退俪赡さ娜毕荼雀咚俪赡と毕萆?，所以為了在Bottom Gate機(jī)構(gòu)中得到致密的a-Si:H薄膜(假設(shè)2000?)可以通過(guò)先低速生長(zhǎng)300?，再高速生長(zhǎng)1700?，其中300?作為T(mén)FT溝道(部分由第 一步產(chǎn)生的缺陷會(huì)被第二步覆蓋掉)。兩步成膜法亦可以用于絕緣層的制作。
幾種PECVD 制備的薄膜
TFT-array 各層膜氣體
AKT 15K PECVD 設(shè)備簡(jiǎn)明圖
Atomic Layer Deposition(ALD)
ALD (Atomic Layer Deposition) 可以算為CVD的一種，是將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器，并在沉積基底上化學(xué)吸附并反應(yīng)以生產(chǎn)二元化合物薄膜的方法。
該過(guò)程與一般的CVD過(guò)程類似，但是在ALD中原子層沉積的表面反應(yīng)存在自限制性，即化學(xué)吸附自限制(CS)和順次反應(yīng)自限制(RS)，新一層原子膜的化學(xué)反應(yīng)是直接與之前一層相關(guān)聯(lián)的，這種方式使每次反應(yīng)只沉積一層原子。
除去自限制外，在ALD制程中還需要讓母體材料在反應(yīng)到一定程度后分離以控制反應(yīng)程度和成膜厚度。
在分離時(shí)，通過(guò)突然充入大量的分離氣體(Ar or N2)以除去腔體中過(guò)量的反應(yīng)母體和反應(yīng)所產(chǎn)生的副產(chǎn)物。由此保證薄膜能有序且定量地在基底上沉淀。
適用于ALD 制作的薄膜
與其他無(wú)機(jī)成膜方式相比, ALD 的優(yōu)點(diǎn)是：
成膜均勻性好；
薄膜密度高
臺(tái)階覆蓋性好
可以實(shí)現(xiàn)低溫沉積(T: 50℃~500 ℃)
但是其較低的沉積速率限制了其在工業(yè)流水線生產(chǎn)上廣泛的運(yùn)用。在Display 生產(chǎn)中其可以用于沉積致密的Al3O2薄膜，并結(jié)合其他功能層實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的封裝。
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