简要介绍:什么叫CVD镀膜和PVD镀膜？

gds · 发表于 2009-2-18 23:21:27

1. PVD简介
PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的缩写，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。

2. PVD技术的发展

PVD技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视，人们在开发高性能、高可靠性涂层设备的同时，也在硬质合金、陶瓷类刀具中进行了更加深入的涂层应用研究。与CVD工艺相比，PVD工艺处理温度低，在600℃以下时对刀具材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。目前PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。
PVD技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度，涂层成分也由第一代的TiN发展为TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta－C等多元复合涂层。

3. 星弧涂层的PVD技术

增强型磁控阴极弧：阴极弧技术是在真空条件下，通过低电压和高电流将靶材离化成离子状态，从而完成薄膜材料的沉积。增强型磁控阴极弧利用电磁场的共同作用，将靶材表面的电弧加以有效地控制，使材料的离化率更高，薄膜性能更加优异。

过滤阴极弧：过滤阴极电弧(FCA )配有高效的电磁过滤系统，可将离子源产生的等离子体中的宏观粒子、离子团过滤干净，经过磁过滤后沉积粒子的离化率为100%，并且可以过滤掉大颗粒，因此制备的薄膜非常致密和平整光滑，具有抗腐蚀性能好，与机体的结合力很强。

磁控溅射：在真空环境下，通过电压和磁场的共同作用，以被离化的惰性气体离子对靶材进行轰击，致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出并沉积在基件上形成薄膜。根据使用的电离电源的不同，导体和非导体材料均可作为靶材被溅射。

离子束DLC：碳氢气体在离子源中被离化成等离子体，在电磁场的共同作用下，离子源释放出碳离子。离子束能量通过调整加在等离子体上的电压来控制。碳氢离子束被引到基片上，沉积速度与离子电流密度成正比。星弧涂层的离子束源采用高电压，因而离子能量更大，使得薄膜与基片结合力很好；离子电流更大，使得DLC膜的沉积速度更快。离子束技术的主要优点在于可沉积超薄及多层结构，工艺控制精度可达几个埃，并可将工艺过程中的颗料污染所带来的缺陷降至最小。

1 常压CVD (Normal Pressure CVD)

NPCVD为最简单的CVD法，使用于各种领域中。其一般装置是由(1)输送反应气体至反应炉的载气体精密装置；(2)使反应气体原料气化的反应气体气化室；(3)反应炉；(4)反应后的气体回收装置等所构成。其中中心部分为反应炉，炉的形式可分为四个种类，这些装置中重点为如何将反应气体均匀送入，故需在反应气体的流动与基板位置上用心改进。当为水平时，则基板倾斜；当为纵型时，着反应气体由中心吹出，且使基板夹具回转。而汽缸型亦可同时收容多数基板且使夹具旋转。为扩散炉型时，在基板的上游加有混和气体使成乱流的装置。



2 低压CVD (Low Pressure CVD)

此方法是以常压CVD 为基本，欲改善膜厚与相对阻抗值及生产所创出的方法。主要特征：(1)由于反应室内压力减少至10-1000Pa而反应气体，载气体的平均自由行程及扩散常数变大，因此，基板上的膜厚及相对阻抗分布可大为改善。反应气体的消耗亦可减少；(2)反应室成扩散炉型，温度控制最为简便，且装置亦被简化，结果可大幅度改善其可靠性与处理能力(因低气压下，基板容易均匀加热)，因基可大量装荷而改善其生产性。



3 热CVD (Hot CVD)/(thermal CVD)

  此方法生产性高，梯状敷层性佳(不管多凹凸不平，深孔中的表面亦产生反应，及气体可到达表面而附着薄膜)等，故用途极广。膜生成原理，例如由挥发性金属卤化物(MX)及金属有机化合物(MR)等在高温中气相化学反应(热分解，氢还原、氧化、替换反应等)在基板上形成氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔点金属、金属、半导体等薄膜方法。因只在高温下反应故用途被限制，但由于其可用领域中，则可得致密高纯度物质膜，且附着强度极强，若用心控制，则可得安定薄膜即可轻易制得触须(短纤维)等，故其应用范围极广。热CVD法也可分成常压和低压。低压CVD适用于同时进行多片基片的处理，压力一般控制在0.25-2.0Torr之间。作为栅电极的多晶硅通常利用HCVD法将SiH4或Si2H。气体热分解（约650 oC）淀积而成。采用选择氧化进行器件隔离时所使用的氮化硅薄膜也是用低压CVD法，利用氨和SiH4 或Si2H6反应面生成的，作为层间绝缘的SiO2薄膜是用SiH4和O2在400 --4500 oC的温度下形成

SiH4 + O2 –-SiO2 + 2H2

或是用Si(OC2H5)4 (TEOS: tetra – ethoxy – silanc )和O2在750 oC左右的高温下反应生成的，后者即采用TEOS形成的SiO2膜具有台阶侧面部被覆性能好的优点。前者，在淀积的同时导入PH3 气体，就形成磷硅玻璃（PSG： phosphor – silicate –glass）再导入B2H6气体就形成BPSG(borro – phosphor –silicate –glass)膜。这两种薄膜材料，高温下的流动性好，广泛用来作为表面平坦性好的层间绝缘膜。



4 电浆增强 CVD (Plasma Enhanced CVD)

NPCVD 法及LPCVD 法等皆是被加热或高温的表面上产生化学反应而形成薄膜。PECVD是在常压CVD或LPCVD的反应空间中导入电浆(等离子体)，而使存在于空间中的气体被活化而可以在更低的温度下制成薄膜。激发活性物及由电浆中低速电子与气体撞击而产生。

光 CVD (Photo CVD)

PECVD 使薄膜低温化，且又产生如A-Si般的半导体元件。但由于薄膜制作中需考虑：(1)在除去高温(HCVD)及PECVD时掺入元件中的各种缺陷(如PECVD中带电粒子撞击而造成的损伤)；(2)不易制作的元件(不纯物剖面)，不希望在后面受到工程高温处理被破坏，因此希望可于低温中被覆薄膜。PCVD是解决这此问题的方法之一。遇热分解时，因加热使一般分子的并进运动与内部自由度被激发(激发了分解时不需要的自由度)，相对的，在PCVD 中，只直接激发分解必须的内部自由度，并提供活化物促使分解反应。故可望在低温下制成几无损伤的薄膜且因光的聚焦及扫描可直接描绘细线或蚀刻。



5 MOCVD (Metal Organic  CVD) &分子磊晶成长(Molecular Beam Epitaxy)

CVD 技术另一重要的应用为MOCVD，此技术与MBE(Molecular Beam Epitaxy) 同为：(1)成长极薄的结晶；(2)做多层构造；(3)多元混晶的组成控制；(4)目标为化合物半导体的量产。此有装置有下列特征：(1)只需有一处加热，装置构造简单，量产装置容易设计；(2)膜成长速度因气体流量而定，容易控制；(3)成长结晶特性可由阀的开头与流量控制而定；(4)氧化铝等绝缘物上可有磊晶成长；(5)磊晶成长可有选择，不会被刻蚀。相反地亦有：(1)残留不纯物虽已改善，但其残留程度极高；(2)更希望再进一步改良对结晶厚度的控制；(3)所用反应气体中具有引火性、发水性，且毒性强的气体极多；(4)原料价格昂贵等缺点。

多层布线间的层间绝缘膜的沉积，以及最后一道工序的芯片保护膜的沉积必须在低温下(450 C 以下)下进行，以免损伤铝布线。等离子CVD 法就是为此而发明的一种方法。

98830110 · 发表于 2018-8-22 15:05:42

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