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　　無機薄膜沉積方式

　　在(zai)FDP 的生產中, 在(zai)制作無機(ji)薄膜時可以采(cai)用的方(fang)法(fa)有兩種：PVD 和(he)CVD (本文跟從眾(zhong)多資(zi)料的分類法(fa), 將VE 和(he)VS 歸(gui)于(yu)PVD 而(er)ALD 歸(gui)于(yu)CVD)。

　　Physical Vapor Deposition (PVD)

　　Physical Vapor Deposition (PVD) 亦稱為物(wu)理氣(qi)(qi)象沉淀技(ji)術(shu)(shu)。該技(ji)術(shu)(shu)在真空條(tiao)件(jian)下, 通過先(xian)將(jiang)材(cai)料源（固體或(huo)液(ye)體）表面氣(qi)(qi)化成(cheng)氣(qi)(qi)態原子(zi)、分子(zi)或(huo)部分電離(li)成(cheng)離(li)子(zi), 并(bing)通過低(di)壓氣(qi)(qi)體(或(huo)等離(li)子(zi)體)過程, 在基體表面沉積具有某種特殊(shu)功能的薄膜的技(ji)術(shu)(shu)。

　　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部分。

　　PVD 沉積過程

　　根據工藝的不同, PVD 可以提進一步分為真空蒸鍍、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(kong)蒸鍍(du)(Vacuum Evaporation)

　　真(zhen)空蒸鍍(Vacuum Evaporation)是指在真(zhen)空條件(jian)下, 使金屬(shu)、金屬(shu)合(he)金或化(hua)合(he)物蒸發, 然后(hou)沉積在基體(ti)表面上的工藝(yi)。

　　比較常用的蒸發方法為電(dian)阻(zu)加(jia)熱、高頻(pin)感(gan)應加(jia)熱或用電(dian)子柬(jian)、激(ji)光(guang)束(shu)以(yi)及離子束(shu)高能(neng)轟擊鍍(du)料等。

　　VE 簡要設備原理圖

　　濺射(she)鍍膜(Vacuum Sputtering)

　　濺(jian)射鍍膜(Vacuum Sputtering)基本原理是(shi)充氬(ya)(Ar)氣的(de)(de)真(zhen)空條件下,使(shi)氬(ya)氣進行輝光放電, 這時氬(ya)(Ar)原子(zi)電離(li)成氬(ya)離(li)子(zi)(Ar+), 氬(ya)離(li)子(zi)在電場力(li)的(de)(de)作用下加(jia)速轟擊以鍍料制作的(de)(de)陰極靶材(cai), 靶材(cai)會被濺(jian)射出來而沉積到(dao)工件表面。

　　根(gen)據采(cai)(cai)用(yong)(yong)電(dian)流的不同(tong), 該工藝可以進(jin)一步分(fen)為(wei)采(cai)(cai)用(yong)(yong)直流輝(hui)光(guang)放電(dian)的直流(Qc)濺射(she)、采(cai)(cai)用(yong)(yong)射(she)頻(pin)(RF)輝(hui)光(guang)放電(dian)的射(she)頻(pin)濺射(she)以及(ji)磁控(M)輝(hui)光(guang)放電(dian)引起(qi)的稱磁控濺射(she)。

　　電弧(hu)等離子體鍍膜

　　電(dian)弧(hu)(hu)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)鍍膜基(ji)本原理是在真(zhen)空(kong)(kong)條件下, 用引弧(hu)(hu)針引弧(hu)(hu), 使真(zhen)空(kong)(kong)金(jin)壁(bi)(陽極(ji))和鍍材(陰(yin)極(ji))之間進行(xing)弧(hu)(hu)光放電(dian), 陰(yin)極(ji)表面快速移動著(zhu)多(duo)個陰(yin)極(ji)弧(hu)(hu)斑, 不斷(duan)迅速蒸發(fa), 使之電(dian)離(li)成以(yi)鍍料為主要(yao)成分的電(dian)弧(hu)(hu)等(deng)離(li)子(zi)體(ti), 并能迅速將鍍料沉積(ji)于(yu)基(ji)體(ti)。

　　因為有多(duo)弧斑, 所以(yi)也(ye)稱多(duo)弧蒸發(fa)離化過(guo)程(cheng)。

　　離子鍍

　　離子鍍基本(ben)原(yuan)理是在真空(kong)條件下, 采(cai)用某種等(deng)離子體電離技術, 使鍍料原(yuan)子部(bu)分電離成離子, 同(tong)時產生(sheng)許多高能量的(de)中(zhong)性(xing)原(yuan)子, 在被鍍基體上(shang)加負(fu)偏壓(ya)。

　　這樣在(zai)深(shen)度(du)負偏(pian)壓(ya)的作用下, 離子(zi)沉積于(yu)基體表面形成薄膜。

　　PVD 技術(shu)不僅能用于金屬膜和合金膜的沉(chen)積, 還可以用于沉(chen)積化合物、陶瓷、半導體和聚合物膜等材料。

　　在(zai)顯示屏生產(chan)中(zhong), 真空(kong)蒸鍍(du)PVD 技(ji)(ji)術被用于(yu)沉(chen)積(ji)活潑的金(jin)屬(shu)電極和在(zai)用FMM 工藝的AMOLED 中(zhong)沉(chen)積(ji)小分子的HIL/HTL/EML/ETL/EIL 等, 而磁控(kong)濺射PVD 技(ji)(ji)術被用于(yu)制(zhi)信號先的Al、Cr、Ta、Mo 等金(jin)屬(shu)上以及像(xiang)素電極的透明ITO 上(1)。

　　Table1 磁控濺射與其他鍍膜方式比較(1)

　　Chemical Vapor Evaporation (CVD)

　　Chemical Vapor Evaporation (CVD) 為化學氣象沉積(ji)。是指高溫下的(de)氣相反應(ying)。

　　例如, 金屬(shu)鹵化物、有機(ji)金屬(shu)、碳氫化合(he)物等的熱分解,氫還(huan)原或使它的混合(he)氣體在(zai)高(gao)溫下發生(sheng)化學反應以析(xi)出(chu)金屬(shu)、氧化物、碳化物等無機(ji)材料(liao)的方(fang)法。

　　該工藝主要(yao)是指在較(jiao)高溫度(du)下的(de)氣(qi)相(xiang)反應, 并廣(guang)泛用于耐熱(re)物質圖層、高純度(du)金屬的(de)制(zhi)作和半(ban)導體薄(bo)膜制(zhi)作中。

　　CVD 工藝主要包括五種基本的化學反應過程, 如：

　　• 高溫分解

　　• 光分(fen)解

　　• 還(huan)原(yuan)反應

　　• 氧化(hua)反應

　　• 氧化還(huan)原反應

　　CVD 反應物質源根據其常態下相態的不同, 又可以進一步可以為：

　　• 氣態物質源：在(zai)室溫下(xia)呈氣(qi)態的物質(zhi)(H2、N2、CH4 和Ar 等)。采(cai)用氣(qi)態物質(zhi)源時, 因為只需要用流(liu)量計來控制反應氣(qi)體的流(liu)量,而不要控制溫度, 大大簡化了圖層(ceng)設(she)備系統。

　　• 液態物質源：在室溫(wen)下成液(ye)態的(de)反(fan)應物(wu)質, 比如(ru)TiCl4、CH3CN、SiCl4和(he)BCl3等。在采用液(ye)態物(wu)質源(yuan)(yuan)源(yuan)(yuan)時通過控制(zhi)載氣(qi)和(he)加(jia)熱溫(wen)度(du)來控制(zhi)液(ye)態物(wu)質源(yuan)(yuan)進入沉積室的(de)量。

　　• 固態物質源：在(zai)室溫下(xia)為固態的(de)物(wu)質, 比如AlCl、NbCl5、TaCl5、 ZrCl5 和(he)HfCl4 等。因為該(gai)類物(wu)質需要(yao)在(zai)較(jiao)高的(de)溫度下(xia)才能(neng)升華出需要(yao)的(de)蒸汽量, 則(ze)在(zai)使用該(gai)類工藝(yi)時需要(yao)對加(jia)熱溫度和(he)在(zai)載(zai)氣量進行(xing)嚴格控制(zhi)。

　　Table 2 可用CVD 成膜的材料和氣體源

　　根據(ju)工藝(yi)溫度、壓力和原理的不(bu)同, CVD 又可(ke)以再(zai)進一步被細分(fen)為(wei)(wei)多個子項。因為(wei)(wei)在FDP 生產(chan)中(zhong)玻璃耐溫性有限, 則在Display 生產(chan)中(zhong)主要采取的是PECVD 工藝(yi)去制作含Si 層(ceng), 比如a-Si、SiO2 和SiNx。

　　Table 3 Display 制造中幾種CVD 技術的優缺點(1)

請點(dian)擊此處輸入圖(tu)片描述

　　Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition

　　PECVD (原理) 是借助微波或射頻等(deng)使(shi)含(han)有薄膜(mo)組(zu)成原子的(de)氣體(ti)電離(li)(li),在(zai)局部形成等(deng)離(li)(li)子體(ti), 而等(deng)離(li)(li)子體(ti)化(hua)學活性很強, 很容易(yi)發(fa)生反(fan)應,在(zai)基片上沉(chen)積(ji)出所期望(wang)的(de)薄膜(mo)。

　　為了使化(hua)學反(fan)應能在(zai)較(jiao)低的溫度下進行, 利用了等(deng)離子體(ti)的活性來促進反(fan)應, 因而這種(zhong)CVD 稱為等(deng)離子體(ti)增(zeng)強化(hua)學氣相(xiang)沉積(PECVD)。

　　在Display 的制作中， PECVD 主要用于制作a-Si 的成膜、柵極絕緣膜和保護膜。

　　PECVD 成膜機(ji)理

　　• SiNx 絕緣膜：通(tong)過SiH4、N2 和NH3 混合氣體(ti)作為(wei)反應氣體(ti), 通(tong)過輝光(guang)放電(dian)生成等離(li)子(zi)在(zai)襯底上成膜(mo)。

　　• Si:H：SiH4 氣體在(zai)反(fan)應(ying)(ying)腔體中(zhong)(zhong)(zhong)通(tong)過輝光放電, 經過一些(xie)列(lie)初級和次級反(fan)應(ying)(ying)生成(cheng)離子和子活性團等(deng)較為(wei)復雜的反(fan)應(ying)(ying)產物, 最終生產a-Si:H 薄(bo)膜沉(chen)積在(zai)基(ji)板(ban)上, 其中(zhong)(zhong)(zhong)直接參與(yu)成(cheng)膜生長的是一些(xie)中(zhong)(zhong)(zhong)性產物, 比如(ru)SiHn(n:0~3)。

　　在(zai)薄膜(mo)生長時，如(ru)果(guo)采(cai)取(qu)1 次(ci)成膜(mo)工藝，則在(zai)薄膜(mo)生長過程中的(de)缺(que)陷會沿著(zhu)成膜(mo)方(fang)向不斷生長，從而(er)暴露(lu)在(zai)表面(mian)。#p#分頁標題#e#

　　同時因(yin)為(wei)低速(su)成(cheng)(cheng)膜的(de)缺陷比高(gao)(gao)速(su)成(cheng)(cheng)膜缺陷少，所以為(wei)了在(zai)Bottom Gate 機構中得(de)到致密(mi)的(de)a-Si:H 薄膜(假設2000 Å)可以通過先低速(su)生長(chang)300Å，再高(gao)(gao)速(su)生長(chang)1700 Å，其中300 Å作(zuo)為(wei)TFT 溝道(部分由第一(yi)步(bu)產生的(de)缺陷會被第二步(bu)覆蓋掉)。兩步(bu)成(cheng)(cheng)膜法亦可以用于絕緣層的(de)制作(zuo)。

　　Table 4 幾種PECVD 制備的薄膜

　　Table 5 TFT-array 各層膜氣體(1)(2)

　　Fig 4 AKT 15K PECVD 設備簡明圖

　　Atomic Layer Deposition (ALD)

　　ALD (Atomic Layer Deposition) 可以(yi)算為CVD 的一種, 是(shi)將氣相前驅體(ti)脈沖交替(ti)地(di)通入反應(ying)器(qi), 并在沉積基底上化學吸附并反映以(yi)生產二元化合物薄膜(mo)的方法(fa)。

　　該(gai)過程(cheng)與一(yi)般的CVD 過程(cheng)類似, 但是在ALD 中原子(zi)(zi)層沉積的表(biao)面反(fan)(fan)(fan)應(ying)存在自限制(zhi)性, 即化學(xue)吸附(fu)自限制(zhi)(CS)和(he)順次反(fan)(fan)(fan)應(ying)自限制(zhi)(RS), 新一(yi)層原子(zi)(zi)膜的化學(xue)反(fan)(fan)(fan)應(ying)是直(zhi)接與之前一(yi)層相關聯的, 這種方式使每(mei)次反(fan)(fan)(fan)應(ying)只沉積一(yi)層原子(zi)(zi)。

　　除去自(zi)限制外, 在ALD制程中還(huan)需要在讓母體材料在反(fan)(fan)應到(dao)一(yi)定程度(du)(du)后分離以(yi)控制反(fan)(fan)應程度(du)(du)和最終成膜厚度(du)(du)。

　　在分離時, 通過(guo)突然充入大量的(de)分離氣體(ti)(Ar or N2)以(yi)除去腔體(ti)中過(guo)量的(de)反應母體(ti)和反應所產(chan)生(sheng)的(de)副(fu)產(chan)物(wu)。由此保證薄膜能有(you)序(xu)且定量地在基底上沉淀。

　　Table 6 適用于ALD 制作的薄膜

　　與其他無機成膜方式相比, ALD 的優點是：

　　• 成膜(mo)均(jun)勻性好；

　　• 薄(bo)膜密度高(gao)

　　• 臺階覆(fu)蓋性(xing)好

　　• 可(ke)以實現(xian)低溫沉(chen)積(T: 50℃~500 ℃)

　　但時其(qi)(qi)較低的(de)沉(chen)積速率限制了其(qi)(qi)在(zai)工業流水線生產(chan)上廣(guang)泛的(de)運用(yong)。在(zai)Display 生產(chan)中其(qi)(qi)可(ke)以用(yong)于沉(chen)積致密的(de)Al3O2 薄膜, 并結合其(qi)(qi)他功能層實(shi)現(xian)對器件的(de)封裝。

　　本(ben)資料僅供參考使用。

　　1. 申智淵(yuan),TFT-LCD技術(shu):結構、原理及制造技術(shu)1st Edition, ISBN 978-7-121-15335-8 (2012)

　　2. OLEDindustry, CVD工藝(yi)詳細流程(cheng)及設備參數(shu)介(jie)紹,April 10th , (2017)