PVD鍍膜知識
1.PVD鍍膜含義?
答:PVD(Physical Vapor Deposition)物理氣相沉積技術:表示在真空條件下,采用物理方法,將材料源-固體或液體表面氣化成氣體原子、分子或部分電離成離子,并通過低壓氣體(或等離子體)過程,在基體表面沉積具有特殊功能薄膜的技術.
2.PVD技術都有那些分類?
答:PVD(物理氣相沉積)技術主要分為三類,真空蒸發、濺射、離子鍍(空心陰極離子鍍、熱陰極離子鍍、電弧離子鍍、活性反應離子鍍、射頻離子鍍、直流放電離子鍍)。
3. PVD鍍膜的具體原理是什么?
答:物理氣相沉積是一種物理氣相反應生長法,沉積過程是在真空或低氣氣體放電條件下,涂層物質源是固態物質,經過"蒸發或濺射"后,在零件表面生成與基材性能完全不同的新的固態物質涂層.
4. PVD鍍膜與傳統的化學電鍍相比有何優點?
答: PVD鍍膜與傳統的化學電鍍的相同點是,兩者都屬于表面處理的范疇,都是通過一定的方式使一種材料覆蓋在另一種材料的表面.
兩者的不同點是:PVD鍍膜膜層與工件表面的結合力更大,膜層的硬度更高,耐磨性和耐腐蝕性更好,膜層的性能也更穩定;PVD鍍膜可以鍍的膜層的種類更為廣泛,可以鍍出的各種膜層的顏色也更多更漂亮;PVD鍍膜不會產生有毒或有污染的物質.
5.氮化鈦(TiN) 的功用為何?
答:①當作擴散阻障層(diffusion barrier layer), 阻障鋁與氧化硅之間的擴散.
②當作粘著層(glue layer),鎢與氧化硅附著力不好,在二者之間加入氮化鈦可以增加彼此的粘著力
③當作反反射層(ARC layer), 為了在微影技術制程中為達到高的分辨率,所以需一層抗反射層鍍膜以減少來自鋁的高反射率.
6.采用PVD鍍膜技術鍍出的膜層有什么特點?
答: 采用PVD鍍膜技術鍍出的膜層,具有高硬度、高耐磨性(低摩擦系數)、很好的耐腐蝕性和化學穩定性等特點,膜層的壽命更長;同時膜層能夠大幅度提高工件的外觀裝飾性能.
7. 請問PVD能鍍在什么基材上?
答: PVD膜層能直接鍍在不銹鋼、硬質合金上、鈦合金、陶瓷等表面,對鋅合金、銅、鐵等壓鑄件應先進行化學電鍍鉻,然后才適合鍍PVD.
8.請問PVD鍍膜能夠鍍出的膜層種類有那些?
答: PVD鍍膜技術是一種能夠真正獲得微米級鍍層且無污染的環保型表面處理方法,它能夠制備各種單一金屬膜(如鋁、鈦、鋯、鉻等)、氮化物膜(TiN[鈦金]、ZrN〔鋯金〕、CrN、TiAlN)和碳化物膜(TiC、TiCN),以及氧化物膜(如TiO等).
9.請問PVD鍍膜膜層的厚度是多少?
答: PVD鍍膜膜層的厚度為微米級,厚度較薄,一般為0.1μm~5μm,其中裝飾鍍膜膜層的厚度一般為0.1μm~2μm,因此可以在幾乎不影響工件原來尺寸的情況下提高工件表面的各種物理性能和化學性能,并能夠維持工件尺寸基本不變,鍍后不須再加工.
10. 請問PVD鍍膜能夠鍍出的膜層的顏色有哪些?
答:我們目前能夠做出的膜層的顏色有深金黃色,淺金黃色,咖啡色,古銅色,灰色,黑色,灰黑色,七彩色,藍色,紫色,紅色,綠色等.通過控制鍍膜過程中的相關參數,可以控制鍍出的顏色;鍍膜結束后可以用相關的儀器對顏色值進行測量,使顏色得以量化,以確定所鍍出的顏色是否滿足要求.
11.為何鋁靶材需要添加少量的銅?
答:電流在鋁金屬層移動時,鋁原子會沿著晶粒界面而移動,若此現象太過劇裂,會導致金屬線斷路,添加少量的銅可以防止鋁線斷線.
12.PVD鍍膜的用途?
答:將固體表面涂覆一層特殊性能的薄膜,從而使固體表面具有耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、防輻射、導電、導磁、絕緣和裝飾等許多優于固體材料本身的優越性能,達到提高產品質量、延長產品壽命、節約能源和獲得顯著技術經濟效益的作用.各個領域已經得到廣泛應用,如航空、航天、電子、信息、機械、石油、化工、環保、軍事等領域.
13.在PVD工藝中可以得到那幾種金屬膜?
答:鋁(AL),鈦(Ti),氮化鈦(TiN),鈷( Co).一般wafer進入 PVD機臺,必須鍍上鈦/氮化鈦/鋁/鈦/氮化鈦.五層金屬.鈷的功用為金屬硅化物.
14.Target (靶材)是什么? 答：在PVD中，靶材是用來提供鍍膜（film）的金屬材料。 15.PVD 制程原理為何? 答：在Target與wafer間加之高電位差，此時制程氣體Ar在高位差下解離成Ar+，又因Ar+帶正電被電場吸引而撞向Target，使target產生金屬晶粒因重力作用而掉落至wafer形成film。此種工藝是 PVD。 16.半導體中一般金屬導線材質為何? 答：鎢線(W)/鋁線(Al)/銅線(Cu)。 17.在PVD工藝中可以得到那幾種金屬膜? 答：鋁(Al)，鈦(Ti)，氮化鈦(TiN)，鈷( Co)。 一般wafer進入 PVD機臺,必須鍍上 鈦/氮化鈦/鋁/鈦/氮化鈦 五層金屬。鈷的功用為金屬硅化物 (silicide)。 18.鈦(Ti)的功用為何? 答：降低金屬接觸阻值。 19. 氮化鈦(TiN) 的功用為何? 答： (1)當作擴散阻障層(diffusion barrier layer)， 阻障鋁與氧化硅之間的擴散； (2)當作粘著層(glue layer)，鎢與氧化硅附著力不好，在二者之間加入氮化鈦可以增加彼此的粘著力； (3)當作反反射層(ARC layer), 為了在微影技術制程中為達到高的分辨率，所以需一層抗反射層鍍膜以減少來自鋁的高反射率。 20. chamber待機一段時間后，為何要做Dummy(檔片)? 答：chamber待機一段時間后，chamber condition (真空，溫度..)有些微變化。若不做dummy，前幾片產品會受到影響。一般是由工藝工程師依照實際狀態，制定待機時間規則，然后由制造部 operator 放入檔片到chamber 鍍膜(其recipe 與產品的recipe相似)。經由 dummy后，chamber condition 會恢復正常水準，可以安心生產。 21.為何鋁靶材需要添加少量的銅? 答：電流在鋁金屬層移動時，鋁原子會沿著晶粒界面而移動，若此現象太過劇裂，會導致金屬線斷路，添加少量的銅可以防止鋁線斷線。 22. 既然添加銅可以防止鋁尖峰現象，為何只添加0.5%? 答：太多銅，會造成蝕刻困難(銅的氯化物不易揮發) 。 23. 為何PVD的靶材需要冷卻? 答：避免target表面溫度過高，(造成蒸鍍現象，使得金屬film 的質量不穩定)。 24. 為何機臺必須使用冷卻水時，必須控制水質純凈? 答：防止結垢，或絕緣。 25. 為何制程(process)氣體管路必須加熱（ from gas box to chamber）? 答：防止制程氣體冷凝為液體，影響制程。 26. 何謂PM ?機臺為何要定期PM? 答：PM（preventive maintenance）是預防保養。按周期對機臺相應的Parts(備品)采取相應的維護或更換措施，為保持機臺性能的穩定，防止制程良率下降，延長機臺及Parts壽命。 (1) 依時程而分，可分為月保養，季保養，年保養； (2) 依wafer 數量而分，是為數量保養。 27. 為何工程師做PM時，必須先冷卻加熱器(heater) 至(room temp.)適當的溫度? 答：為了工程師安全及機臺安全。 28. 為何工程師做PM時，chamber必須bake out? 答：為了排氣，防止不純氣體進入film 中，影響制程。 29. PVD與W-CVD在IC制造中扮演什幺角色? 答：鋁與鎢為金屬層，連通device 與封裝的導線，在二者之間形成通路，電流得以暢通無阻。(attached drawing)。 30. Bake out 是什幺? 答：工程師做PM時，打開Chamber時，Chamber內部曝露在大氣中，當工程師做完PM時，必須做Bake out，加熱Chamber，將附著在內部的水分子…等氣體趕走，如此一來可提高真空度。 31. PVD制程中，使用的氣體為何? 答：N2與Ar。 32. N2與Ar在 PVD制程中，使用的目的為何? 答：Ar被電子離子化后，成為撞擊target的子彈將TARGET的原子打下落在wafer上，N2的目的是氮化target的表面原子。 33. 為何使用Ar來做PVD濺鍍的氣體來源? 答： 1.鈍氣，不易起化學變化； 2.質量重 (AMU 40)，濺擊效果好； 3.價格便宜。 34 . PVD 的制程壓力為何? 答：2~20 mTorr。 35. PVD 測機項目為什么? 答：反射率(reflectivity index)，厚度(thickness)，阻值(resistance sheet)，微粒(particle)，均勻度(uniformity)。 36. 為何機臺測漏，喜歡使用氦氣來檢漏? 答：(1) 氦氣在大氣中的含量很低，避免誤判； (2) 氦氣滲透力強，很容易檢漏； (3) 氦氣為鈍性氣體，不易造成機臺污染或腐蝕。 37. PVD制程中，鍍膜之前為何需要預先去除原始氧化層? 答：預先去除原始氧化層，讓金屬層之間電阻不會過大以及增加膜與襯底的結合力。 38. PVD制程中，為何使用DC power ? 答：使用DC power，再加上通一定的氬氣 (Ar gas)，在真空室就會形成等離子體（電漿）。離子體中的離子撞擊TARGET，將TARGET的原子打下落在wafer上而形成金屬film。 39. 為何機臺必須使用冷卻水? 答：控制溫度，以防溫度太高，造成機臺破壞。 40. Process kit是什么? 答：在chamber 內部形成遮敝，鍍膜時可以防止膜鍍在chamber 內部，每次PM時將其卸下清洗或更換。 41. 為何粗真空pump要使用干式，而不使用油式? 答：防止油微粒回流污染到機臺( prevent oil back stream) 42. PVD制程中，使用幾種真空pump? 答：粗真空用Rough pump(機械泵)從大氣壓抽至5mTorr， 高真空用Cryo pump(深冷泵)從5mTorr抽至10E-9 Torr。 43. PVD制程中，如何可以得到高真空? 答：使用高真空泵（pump）。 44. 在附屬設備方面 local scrubber的作用為何? 答：因制程中使用到相當多的有害氣體，在將其排至環境前必須作處理，使之有害氣體含量極低，而local scrubber則是負責有害氣體處理的裝置。一般可以分為吸附式，濕式，加熱式。 45. 在機臺上方粘貼許多警告卷標有何用處? 答：一般警告卷標有顯示危險因子的作用，如高溫，高電壓與腐蝕液體….對不熟悉的人提出警告。 46. 機臺日常點檢要注意事項有那些? 答：一般不脫離水、電、氣的點檢，除此之外一些PM life Time(預防保養周期)也是點檢事項。 47. 何謂MFC？ 答：Mass flow controller氣體流量控制器；用于控制 反應氣體的流量。 48. PH試紙測試溶劑 酸性與堿性將顯示何種顏色? 答：酸性為紅色，堿性為藍色。
