薄膜沉积介绍
在基片上沉积各种材料的薄膜是微纳加工的重要手段之一，主要方法有化学气相沉积、蒸发、溅射等。
平台现有多台薄膜沉积设备，包括：沉积介质薄膜的等离子体增强化学气相沉积系统（PECVD）和低压化学气相沉积（LPCVD）炉管；沉积金属、磁性材料和化合物等多样材料的电子束蒸发镀膜设备和多靶磁控溅射镀膜系统。
薄膜沉积厚度范围从纳米级到微米级。
-
物理气相沉积（PVD）
是指在真空状态下，加热源材料，使原子或分子从源材料表面逸出从而在衬底上生长薄膜的方法。物理气相沉积的主要方法有，真空电子束或电阻蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。AEMD的电子束蒸发系统和溅射系统都属于物理气相沉积。
-
化学气相沉积（CVD）
是使气态物质在固体的表面上发生化学反应并在该表面上沉积，形成稳定的固态薄膜的过程。主要分为四个重要的阶段：1、反应气体向基体表面扩散；2、反应气体吸附于基体表面；3、在基体表面上产生的气相副产物脱离表面；4、留下的反应物形成覆层。采用等离子和激光辅助等技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行。
-
原子层沉积（ALD）
是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，使这种方式每次反应只沉积一层原子。
各种薄膜沉积方式的优劣对比
| 项目 | 原子层沉积(ALD) | 物理气相沉积(PVD) | 化学气相沉积(CVD) | 低压化学气相沉积 |
|---|---|---|---|---|
| 沉积原理 | 表面反应-沉积 | 蒸发-凝固 | 气相反应-沉积 | 低压化学气相沉积（炉管式） |
| 沉积过程 | 层状生长 | 形核长大 | 形核长大 | 形核长大 |
| 台阶覆盖力 | 优秀 | 一般 | 好 | 好 |
| 沉积速率 | 慢 | 快 | 快 | 较慢 |
| 沉积温度 | 低 | 低 | 高 | 更高 |
| 沉积层均匀性 | 优秀 | 一般 | 较好 | 更好 |
| 厚度控制 | 反应循环数 | 沉积时间 | 沉积时间，气相分压 | 沉积时间，气体比 |
| 成分 | 均匀杂质少 | 无杂质 | 易含杂质 | 无杂质 |
薄膜沉积设备概况
| 沉积材料 | 薄膜沉积设备 | 特点 | 工艺温度 |
|---|---|---|---|
| 氧化硅 氮化硅 氮氧化硅 |
Oxford等离子体增强化学气相沉积系统 | PECVD， 高温 | 300-400℃ |
| 电感耦合等离子体化学气相沉积设备 | ICPCVD， 低温沉积二氧化硅，氮化硅薄膜 | <70℃或<300℃ | |
| Denton电子束蒸发镀膜设备（E-Gun） | 可实现+/-45度的斜角蒸发。 | RT-200℃ | |
| Denton多靶磁控溅射镀膜系统 | 氧化硅 可实现原位基片清洗、多层复合薄膜、多靶共溅复合薄膜沉积； |
RT-60℃ | |
| 等离子体增强原子层沉积设备 | 沉积多种超薄高保形性、高台阶覆盖能力的介质薄膜材料， 如金属氧化物，厚度可实现原子层的控制（1 atom-layer/cycle）。 |
室温〜500°C | |
| SVCS卧式氧化扩散炉管（WDFSOXD03） | 1. 高品质氧化硅的干氧氧化； 2. 超厚氧化硅的湿氧氧化。 |
1100℃ | |
| SVCS卧式低压化学气相沉积炉管（WDFSLPF02） | 1. 高品质氮化硅（Si3N4)薄膜沉积； 2. 高品质低应力氮化硅（Si3N4)薄膜沉积； 3. 氮氧化硅薄膜沉积。 |
750℃ | |
| 金属薄膜 | Denton电子束蒸发镀膜设备（E-Gun） | 可实现+/-45度的斜角蒸发。 | 22℃-200℃ |
| Denton多靶磁控溅射镀膜系统 | 1. 多种金属 2. 可实现原位基片清洗、多层复合薄膜、多靶共溅复合薄膜沉积； 3. 原位基片加热（250℃）。 |
22℃—60℃ | |
| Ulvac超高真空溅射系统 | 磁性材料溅射需与平台联系确认。 | 烘烤温度≤300℃ | |
| ADVANCED离子束溅射系统 | 1. 沉积各类金属薄膜； 2. 磁性材料沉积需与平台联系确认。 |
靶面温度≤100℃, 台面温度5℃－25℃ |
|
| 北仪电子束蒸发系统 | 蒸镀铝、铜、银、钽等薄膜 | 烘烤温度≤300℃ | |
| OLED器件实验制备系统 | 金属Al的蒸镀 | 烘烤温度≤200℃ | |
| 非晶硅 多晶硅 |
Oxford等离子体增强化学气相沉积系统 | 非晶硅沉积 | 300-400℃ |
| SVCS卧式低压化学气相沉积炉管（WDFSLPF01） | 1. 高品质非晶硅或多晶硅沉积； 2. 非晶硅及多晶硅沉积时的同步N型掺杂。 |
530℃ | |
| 金属氧化物 金属氮化物 氧化物半导体薄膜 |
Denton多靶磁控溅射镀膜系统 | 1. 可实现原位基片清洗、多层复合薄膜、多靶共溅复合薄膜沉积； 2. 原位金属氧化与氮化薄膜沉积； 3. 原位基片加热（250℃）。 |
22℃—60℃ |
| 等离子体增强原子层沉积设备 | 沉积多种超薄高保形性、高台阶覆盖能力的介质薄膜材料，厚度可实现原子层的控制（1 atom-layer/cycle）。沉积较慢，厚膜需要较长时间。 | 室温〜500°C | |
| SYSKEY全自动多靶溅镀系统 | 以氧化物半导体薄膜为主 | 基板加热系统:≤300℃ |
金属薄膜沉积能力概况
| Au | Al | Cu | Ni | Cr | Pt | Sn | Ge | Ti | Ta | Mo | W | Ag | Pd | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Oxford等离子体增强化学气相沉积系统 | ||||||||||||||
| 电感耦合等离子体化学气相沉积设备 | ||||||||||||||
| Denton电子束蒸发镀膜设备 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | ||||||||
| Denton多靶磁控溅射镀膜系统 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | |||||
| 等离子增强原子层沉积设备 | ||||||||||||||
| Ulvac超高真空溅射机 | √ | √ | √ | √ | ||||||||||
| ADVANCED离子束溅射系统 | √ | √ | √ | √ | ||||||||||
| SYSKEY全自动多靶磁控溅射仪 | ||||||||||||||
| 北仪电子束蒸发系统 | √ | √ | ||||||||||||
| OLED器件实验制备系统 | √ |
介质薄膜沉积能力概况
| 氧化硅 | 氮化硅 | 氮氧化硅 | ITO | SiC | AlN | Al2O3 | HfO2 | Hf3N4 | TiO2 | Ta2O5 | TaNx | IGZO | IWO | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Oxford等离子体增强化学气相沉积系统 | √ | √ | √ | √ | ||||||||||
| 电感耦合等离子体化学气相沉积设备 | √ | √ | ||||||||||||
| Denton电子束蒸发镀膜设备 | ||||||||||||||
| Denton多靶磁控溅射镀膜系统 | √ | √ | ||||||||||||
| 等离子增强原子层沉积设备 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | ||||||
| Ulvac超高真空溅射机 | ||||||||||||||
| ADVANCED离子束溅射系统 | ||||||||||||||
| SYSKEY全自动多靶磁控溅射仪 | √ | √ | √ | √ | ||||||||||
| 北仪电子束蒸发系统 | √ | |||||||||||||
| OLED器件实验制备系统 | ||||||||||||||
| SVCS卧式氧化扩散炉管 | √ | |||||||||||||
| SVCS卧式低压化学气相沉积炉管 | √ |
