摄像头PVD和CVD薄膜

摄像头PVD和CVD薄膜

在FDP 的生产中，在制作无机薄膜时，可以采用的方法有两种：PVD 和CVD (将VE 和VS 归于PVD ，而ALD 归于CVD)。

Physical Vapor Deposition (PVD)

Physical Vapor Deposition (PVD)称为物理气象沉淀技术。该技术在真空条件下，通过先将材料源（固体或液体）表面气化成气态原子、分子，或部分电离成离子，通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积，具有某种特殊功能的薄膜的技术。

PVD 沉积流程，可以粗略的被分为镀料的汽化、镀料的迁移和镀料的沉积三个部分。

PVD 沉积过程

根据工艺的不同，PVD 可以提进一步分为真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀膜、离子镀膜和分子束外延等。

真空蒸镀(Vacuum Evaporation)

真空蒸镀(Vacuum Evaporation)，在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上的工艺。

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比较常用的蒸发方法，电阻加热、高频感应加热或用电子柬、激光束以及离子束高能轰击镀料等。

VE 简要设备原理图

溅射镀膜(Vacuum Sputtering)

溅射镀膜(Vacuum Sputtering)基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来，而沉积到工件表面。

根据采用电流的不同，该工艺可以进一步分为，采用直流辉光放电的直流(Qc)溅射、采用射频(RF)辉光放电的射频溅射，以及磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。

电弧等离子体镀膜

电弧等离子体镀膜基本原理，在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。

因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。

离子镀

离子镀基本原理，在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时，产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。

这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。

PVD 技术不仅能用于金属膜和合金膜的沉积，还可以用于沉积化合物、陶瓷、半导体和聚合物膜等材料。

在显示屏生产中，真空蒸镀PVD 技术被用于，沉积活泼的金属电极，以及在用FMM 工艺的AMOLED 中沉积小分子的HIL/HTL/EML/ETL/EIL 等，而磁控溅射PVD 技术被用于，制备信号的Al、Cr、Ta、Mo 等金属上，以及像素电极的透明ITO 上。

Table1 磁控溅射与其他镀膜方式比较

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Chemical Vapor Evaporation (CVD)

Chemical Vapor Evaporation (CVD) 为化学气象沉积，指高温下的气相反应。

例如，金属卤化物、有机金属、碳氢化合物等的热分解，氢还原，或使混合气体在高温下发生化学反应，析出金属、氧化物、碳化物等无机材料的方法。

该工艺主要是指在较高温度下的气相反应，广泛用于耐热物质图层、高纯度金属的制作和半导体薄膜制作中。

CVD 工艺主要包括五种基本的化学反应过程，如：

• 高温分解

• 光分解

• 还原反应

• 氧化反应

• 氧化还原反应

CVD 反应物质源，根据常态下相态的不同，进一步可以为：

• 气态物质源：在室温下呈气态的物质(H2、N2、CH4 和Ar 等)。采用气态物质源时，只需要用流量计来控制反应气体的流量，而不要控制温度，大大简化了图层设备系统。

• 液态物质源：在室温下成液态的反应物质，比如TiCl4、CH3CN、SiCl4和BCl3等。在采用液态物质源时，通过控制载气和加热温度，控制液态物质源进入沉积室的量。

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• 固态物质源：在室温下为固态的物质，比如AlCl、NbCl5、TaCl5、 ZrCl5 和HfCl4 等。该类物质需要在较高的温度下才能升华出需要的蒸汽量，在使用该类工艺时，需要对加热温度和在载气量进行严格控制。

Table 2 可用CVD 成膜的材料和气体源

根据工艺温度、压力和原理的不同，CVD 又可以再进一步被细分为多个子项。因为在FDP 生产中玻璃耐温性有限，在Display 生产中主要采取的是PECVD 工艺去制作含Si 层，比如a-Si、SiO2 和SiNx。

Table 3 Display 制造中几种CVD 技术的优缺点

Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition

PECVD (原理) 是借助微波，或射频等，含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。

为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，这种CVD 称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。

在Display 的制作中，PECVD 主要用于制作a-Si 的成膜、栅极绝缘膜和保护膜。

PECVD 成膜机理

• SiNx 绝缘膜：通过SiH4、N2 和NH3 混合气体作为反应气体，通过辉光放电生成等离子在衬底上成膜。

• Si:H：SiH4 气体在反应腔体中通过辉光放电，经过一些列初级和次级反应，生成离子和子活性团等较为复杂的反应产物，最终生产a-Si:H 薄膜沉积在基板上，直接参与成膜生长的是一些中性产物，比如SiHn(n:0~3)。

在薄膜生长时，如果采取1 次成膜工艺，在薄膜生长过程中的缺陷会沿着成膜方向不断生长，从而暴露在表面。

因为低速成膜的缺陷比高速成膜缺陷少，为了在Bottom Gate 机构中得到致密的a-Si:H 薄膜(假设2000 Å)可以通过先低速生长300Å，再高速生长1700 Å，其中300 Å作为TFT 沟道(部分由第一步产生的缺陷会被第二步覆盖掉)。两步成膜法亦可以用于绝缘层的制作。

Table 4 几种PECVD 制备的薄膜

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Table 5 TFT-array 各层膜气体

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Fig 4 AKT 15K PECVD 设备简明图

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Atomic Layer Deposition (ALD)

ALD (Atomic Layer Deposition) 可以算为CVD 的一种，将气相前驱体脉冲交替地通入反应器，在沉积基底上化学吸附并反映，生产二元化合物薄膜的方法。

该过程与一般的CVD 过程类似，在ALD 中原子层沉积的表面反应存在自限制性，即化学吸附自限制(CS)和顺次反应自限制(RS)，新一层原子膜的化学反应，直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。

除去自限制外，在ALD制程中，需要在让母体材料，在反应到一定程度后分离，控制反应程度和最终成膜厚度。

在分离时，通过突然充入大量的分离气体(Ar or N2)，除去腔体中过量的反应母体和反应所产生的副产物。保证薄膜能有序，且定量地在基底上沉淀。

Table 6 适用于ALD 制作的薄膜

...

与其它无机成膜方式相比，ALD 的优点是：

• 成膜均匀性好；

• 薄膜密度高

• 台阶覆盖性好

• 可以实现低温沉积(T: 50℃~500 ℃)

较低的沉积速率限制了其在工业流水线生产上广泛的运用。在Display 生产中其可以用于沉积致密的Al3O2 薄膜，并结合其它功能层实现对器件的封装。