PVD与CVD涂层工艺比较区分

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VII. 最后一个比较因素是操作运行安全问题。PVD 是一种完全没有污染的工序，有人称它为“绿色工 程”。而CVD的反应气体、反应尾气都可能具有一 定的腐蚀性，可燃性及毒性，反应尾气中还可能有 粉末状以及碎片状的物质，因此对设备、环境、操 作人员都必须采取一定的措施加以防范。
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厚度上的区别正好可以弥补 PVD阶梯覆盖性能的不足
III. CVD镀层往往比各种PVD镀层略厚一些，前者厚 度在7.5μm左右，后者通常不到2.5μm厚。CVD镀层的 表面略比基体的表面粗糙些。相反，PVD镀膜如实地 反映材料的表面，不用研磨就具有很好的金属光泽， 这在装饰镀膜方面十分重要。
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IV. CVD反应发生在低真空的气态环境中，具有很 好的绕镀性，所以密封在CVD反应器中的所有工，所有的PVD技术由 于气压较低，绕镀性较差，因此工件背面和侧面的 镀制效果不理想。PVD的反应器必须减少装载密度 以避免形成阴影，而且装卡、固定比较复杂。在 PVD反应器中，通常工件要不停地转动，并且有时 还需要边转边往复运动。
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V. 在CVD工艺过程中，要严格控制工艺条件，否 则，系统中的反应气体或反应产物的腐蚀作用会使 基体脆化。
VI. 比较CVD和PVD这两种工艺的成本比较困难， 有人认为最初的设备投资PVD是CVD的3一4倍，而 PVD工艺的生产周期是CVD的1/10。在CVD的一个 操作循环中，可以对各式各样的工件进行处理，而 PVD就受到很大限制。综合比较可以看出，在两种 工艺都可用的范围内，采用PVD要比CVD代价高。
PVD和CVD两种工艺的对比
概述：同PVD工艺相比，CVD的最大优势就是
良好的阶梯覆盖性能，同时具有便于制备复合产物、 不需高真空和淀积速率高等优点。CVD技术在19世 纪 60 年 代 被 引 入 半 导 体 材 料 制 备 并 快 速 发 展 。 随 PECVD，HDPCVD和MOCVD等技术的出现，CVD 在集成电路制造中广泛应用于多晶硅、绝缘介质和 金属薄膜的制备。

2．蒸发镀用途
蒸镀只适用于镀 制对结合强度要 求不高的某些功 能膜，例如用作 电极的导电膜， 光学透镜的反射 膜及装饰用的金 膜、银膜。
2．蒸发镀用途
蒸镀纯金属膜中90％是铝膜，铝膜有广泛的用 途。 目前在制镜工业中已经广泛采用蒸镀，以铝代 银，节约贵重金属。 集成电路是镀铝进行金属化，然后再刻蚀出导 线。在聚酯薄膜上镀铝具有多种用途，可制造 小体积的电容器；制作防止紫外线照射的食品 软包装袋等；经阳极氧化和着色后即得色彩鲜 艳的装饰膜。 双面蒸镀铝的薄钢板可代替镀锡的马口铁制造 罐头盒。
一、 蒸发镀
在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀膜材 料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法 称为蒸发镀膜，简称蒸镀。 蒸发镀是PVD方法中最早用于工业生产的一 种方法，该方法工艺成熟，设备较完善，低 熔点金属蒸发效率高，可用于制备介质膜、 电阻、电容等，也可以在塑料薄膜和纸张上 连续蒸镀铝膜。
绕射性好。
基片的正面反面甚至内孔、凹槽、狭缝等，都能沉积上薄膜。
沉积速率快，镀层质量好 。
离子镀膜获得的镀层组织致密，针孔、气泡少。而且镀前对工件 ( 基片 )清洗处理较简单。成膜速度快，可达 75m/min ，可镀制厚 达30m的镀层，是制备厚膜的重要手段。
2 离子镀膜的特点
可镀材质广泛
真空蒸镀时，蒸发粒子动能为0.1～1.0eV,膜对 基体的附着力较弱，为了改进结合力，一般采 用: 在基板背面设臵一个加热器，加热基极，使基 板保持适当的温度，这既净化了基板，又使膜 和基体之间形成一薄的扩散层,增大了附着力。 对于蒸镀像Au这样附着力弱的金属，可以先蒸 镀像Cr，Al等结合力高的薄膜作底层。
1．基本原理
其中靶是一平板，由欲沉积的材料组成，一般 将它与电源的负极相连，故此法又常称为阴极 溅射镀膜。 固定装臵可以使工件接地、悬空、偏臵、加热、 冷却或同时兼有上述几种功能。真空室中需要 充入气体作为媒介，使辉光放电得以启动和维 持，最常用的气体是氩气。

CVD与PVD的区别及比较2009年03月06日 17:17 www.elecfans.co 作者：本站用户评论（0）关键字：CVD与PVD的区别及比较(一)选材：化学蒸镀－装饰品、超硬合金、陶瓷物理蒸镀－高温回火之工、模具钢(二)蒸镀温度、时间及膜厚比较：化学蒸镀－1000℃附近，2~8小时，1~30μm(通常5~10μm)物理蒸镀－400~600℃，1~3小时，1~10μm (三) 物性比较：化学蒸镀皮膜之结合性良好，较复杂之形状及小孔隙都能蒸镀；唯若用于工、模具钢，因其蒸镀温度高于钢料之回火温度，故蒸镀后需重施予淬火－回火，不适用于具精密尺寸要求之工、模具。

不需强度要求之装饰品、超硬合金、陶瓷等则无上述顾虑，故能适用。

物理蒸镀皮膜之结合性较差，且背对金属蒸发源之处理组件会产生蒸镀不良现象；但其蒸镀温度可低于工、模具钢的高温回火温度，且其蒸镀后之变形甚微，故适用于经高温回火之精密工具、模具。

(4) 半导体制程概要－离子布植郑硕贤4.1前言在半导体组件工业中，常在半导体晶体中加入杂质以控制带电载子数目，来增加导电性。

这种加入杂质的方法称为掺入杂质(Doping) 。

一般来说，掺入杂质的方法有两种：1. 化学蒸镀法2. 扩散法3. 离子布植法其中1、3两项在微电子组件工业中已普遍使用，这两种方法虽简易实用，但却牺牲了完整晶型的要求。

如化学蒸镀法在较低温度下进行，则蒸镀层常为非晶质或是多晶质。

离子布植则造成许多表面有许多点缺陷，甚至使表面层变成非晶质；因此一般均须经一道恢复完整晶格的退火处理，使表面层能回复晶型的样子。

4.2原理离子布植是将高能量带电粒子射入硅基晶中。

离子进入硅靶材后，会和硅原子发生碰撞而逐渐损失能量；直到能量耗损殆尽，即停止在该深度。

在与硅原子碰撞过程中，离子会传递部份能量给硅原子，若此能量大于硅和硅间的键结能量，则可使其产生位移而产生新的入射粒子；这新获得动能的粒子，也会与其它硅原子产生碰撞。

CVD工艺的沉积温度较低，有利于保持材料的原有性能。
CVD和PVD工艺优缺点总结
CVD和PVD工艺优缺点总结
高能耗
CVD工艺需要高温反应，因此能耗 较高。
设备复杂
CVD工艺需要复杂的反应设备和管道 系统，增加了设备的维护成本。
CVD和PVD工艺优缺点总结
环保
PVD工艺不产生有害物质，对环境友好。
ABCD
在材料科学领域，CVD工 艺可用于制备各种高性能 材料，如碳纳米管、金刚 石等。
在光学领域，CVD工艺可 用于制备各种光学薄膜和 增透膜。
03 PVD工艺简介
PVD工艺定义
PVD工艺是一种物理气相沉积技术，利用物理方法将材料从 源物质中蒸发出来，并在基材上沉积形成薄膜。
与CVD工艺不同，PVD工艺不涉及化学反应，而是通过物理 过程实现材料的沉积。
CVD工艺原理
CVD工艺原理是利用气态的先驱反应 物在高温或催化剂的作用下发生化学 反应，生成固态沉积物。
反应过程中，先驱反应物通过扩散作 用到达基材表面，并在表面发生化学 反应，形成固态沉积物。
CVD工艺应用
CVD工艺广泛应用于材料 科学、电子学、光学等领 域。
在电子学领域，CVD工艺 可用于制备各种电子器件 和集成电路的薄膜材料。
薄膜质量比较
总结词
CVD工艺生成的薄膜质量通常优于PVD工艺。
详细描述
CVD工艺可以生成结构致密、与基材结合紧密的薄膜，同时具有较高的表面光洁度。相比之下，PVD 工艺生成的薄膜可能在致密性和附着力方面稍逊于CVD工艺。
适用材料比较
总结词
CVD工艺适用于多种材料，而PVD工艺 在某些材料上表现更佳。
高附着力
PVD工艺制备的涂层与基材之间具有高附着 力。

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溅射法
直流溅射沉积装置
真空系统中，靶材
是需要溅射的材料， 它作为阴极。相对于 作为阳极的衬底加有 数千伏的电压。在对 系统预抽真空以后， 充入适当压力的惰性 气体。
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溅射法
溅射法分类
(1)直流溅射; (2)高频溅射; (3)磁控溅射； (4)反应溅射； (5)离子镀。
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真空蒸镀
蒸发源分类
（一）电阻加热蒸发 （二）电子束加热蒸发 （三）电弧加热蒸发 （四）激光加热蒸发
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真空蒸镀
真空蒸发的影响因素
1.物质的蒸发速度 2.元素的蒸汽压 3.薄膜沉积的均匀性 4.薄膜沉积的纯度
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真空蒸镀
薄膜沉积的纯度
蒸发源的纯度； 加热装置、坩埚可能造成的污染； 真空系统中的残留气体。
物理气相沉积（PVD）
物理气相沉积法过程的三个阶段： 1，从原材料中发射出粒子； 2，粒子运输到基片； 3，粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。
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物理气相沉积（PVD）
PVD
物理气相沉积技术中最为基本的两种方法就 是蒸发法和溅射法，另外还有离子束和离子助等 等方法。
蒸发法相对溅射法具有一些明显的优点，包 括较高的沉积速度，相对较高的真空度，以及由 此导致的较高的薄膜质址等。
薄膜制备
张洋洋
薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的 选择，基体材料的选择及表面处理， 薄膜制备条件的选择和薄膜结构、性 能与工艺参数的关系等。
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薄
膜
物理气相沉积（PVD）
制
化学气相沉积 （ CVD）

气态环境中，具有很 好的绕镀性 绕镀性，所以密封在CVD反应器中的所有工件， 绕镀性 除去支承点之外，全部表面都能完全镀好，甚至深 孔、内壁也可镀上。相对而论，所有的PVD技术由 于气压较低，绕镀性较差，因此工件背面和侧面的 镀制效果不理想。PVD的反应器必须减少装载密度 以避免形成阴影，而且装卡、固定比较复杂。在 PVD反应器中，通常工件要不停地转动，并且有时 还需要边转边往复运动。
VII. 最后一个比较因素是操作运行安全问题 操作运行安全问题。PVD 操作运行安全问题 是一种完全没有污染的工序，有人称它为“绿色工 程”。而CVD的反应气体、反应尾气都可能具有一 定的腐蚀性，可燃性及毒性，反应尾气中还可能有 粉末状以及碎片状的物质，因此对设备、环境、操 作人员都必须采取一定的措施加以防范。
V. 在CVD工艺过程中，要严格控制工艺条件 控制工艺条件，否 控制工艺条件 则，系统中的反应气体或反应产物的腐蚀作用会使 基体脆化。 VI. 比较CVD和PVD这两种工艺的成本 成本比较困难， 成本 有人认为最初的设备投资PVD是CVD的3一4倍，而 PVD工艺的生产周期是CVD的1/10。在CVD的一个 操作循环中，可以对各式各样的工件进行处理，而 PVD就受到很大限制。综合比较可以看出，在两种 工艺都可用的范围内，采用PVD要比CVD代价高。
厚度上的区别正好可以弥补 PVD阶梯覆盖性能的不足 阶梯覆盖性能的不足
III. CVD镀层往往比各种PVD镀层略厚一些，前者厚 厚 度在7.5µm左右，后者通常不到2.5µm厚。CVD镀层的 表面略比基体的表面粗糙些。相反，PVD镀膜如实地 反映材料的表面，不用研磨就具有很好的金属光泽， 这在装饰镀膜方面十分重要。
I. 工艺温度高低 CVD 和 PVD 之间的主要区别。 工艺温度高低是 温度对于高速钢镀膜具有重大意义。 CVD 法的工艺 温度超过了高速钢的回火温度，用 CVD 法镀制的高 速钢工件，必须进行镀膜后的真空热处理，以恢复硬 度。镀后热处理会产生不容许的变形。 II. CVD 工艺对进人反应器工件的清洁 要求 PVD 清洁要求 清洁 要求比 工艺低一些，因为工件表面的一些脏东西很容易在高 温下烧掉。此外，高温下得到的镀层结合强度要更好 些。

气相沉积技术一般可分为两大类：物理气 相沉积(Physical Vapour Deposition-PVD)和化学气相沉积(Chemical Vapour Deposition--CVD)。
能力知识点1 物理气相沉积
在真空条件下，利用各种物理方法，将镀 料气化成原子、分子或使其离子化为离子， 直接沉积到基体表面上的方法称为物理气 相沉积（PVD）。 物理气相沉积法主要包括真空蒸镀、溅射 镀膜、离子镀膜等。
绕射性好。
基片的正面反面甚至内孔、凹槽、狭缝等，都能沉积上薄膜。
沉积速率快，镀层质量好 。
离子镀膜获得的镀层组织致密，针孔、气泡少。而且镀前对工件 ( 基片 )清洗处理较简单。成膜速度快，可达 75m/min ，可镀制厚 达30m的镀层，是制备厚膜的重要手段。
2 离子镀膜的特点
可镀材质广泛
物理气相沉积（PVD）技术经历了由最初的真空蒸镀到1963 年离子镀技术的开发和应用。20世纪70年代末磁控溅射技术有 了新的突破。 近年来，各种复合技术，如离子注入与各种PVD方法的复合， 已经在新材料涂层、功能涂层、超硬涂层的开发制备中成为必 不可少的工艺方法。 PVD法已广泛用于机械、航空、电子、轻工和光学等工业部门 中制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、磁性、光学、装饰、润滑、 压电和超导等各种镀层。 随着物理气相沉积设备的不断完善、大型化和连续化，它的应 用范围和可镀工件尺寸不断扩大，已成为国内外近20年来争相 发展和采用的先进技术之一。
溅射镀膜的基本过程
正离子
溅射原子
靶
基 片
靶面原子 的溅射
溅射原子向 基片的ห้องสมุดไป่ตู้移
溅射原子在 基片沉积
阴极溅射时溅射下来的材料原子具有10～35eV 的动能，比蒸镀时原子动能（0.1～1.0eV）大 得多，因此溅射镀膜的附着力也比蒸镀膜大。

物理气相沉积（PVD）
PVD
这种薄膜制备方法相对于下面还要介绍的化 学气相沉积方法而言，具有以下几个特点: 1.需要使用固态的或者熔化态的物质作为沉积过 程的源物质。 2.源物质要经过物理过程进入气相。 3.需要相对较低的气体压力环境。 4.在气相中及衬底表面并不发生化学反应。
物理气相沉积（PVD）
真空蒸镀
蒸发源分类
（一）电阻加热蒸发 （二）电子束加热蒸发 （三）电弧加热蒸发 （四）激光加热蒸发
真空蒸镀
真空蒸发的影响因素
1.物质的蒸发速度 2.元素的蒸汽压 3.薄膜沉积的均匀性 4.薄膜沉积的纯度
真空蒸镀
薄膜沉积的纯度
• 蒸发源的纯度； • 加热装置、坩埚可能造成的污染； • 真空系统中的残留气体。
溅射法
溅射法利用带有电荷的离子在电 场中加速后具有一定动能的特点，将 离子引向欲被溅射的靶电极。在离子 能量合适的情况下，入射的离子将在 与靶表面的原子的碰撞过程中使后者 溅射出来。这些被溅射出来的原子将 带有一定的动能，并且会沿着一定的 方向射向衬底，从而实现在衬底上薄 膜的沉积。
溅射法
直流溅射沉积装置
真空蒸镀
• 装置： • 真空系统 • 蒸发系统 • 基片支撑 • 挡板 • 监控系统
真空蒸镀
大量材料皆可以在真空中蒸发，最终 在基片上凝结以形成薄膜。真空蒸发沉积 过程由三个步骤组成: ①蒸发源材料由凝聚相转变成气相； ②在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运; ③蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、 成膜。
薄膜的化学气相沉积(CVD)
CVD所涉及的化学反应类型
1.热解反应 2.还原反应 3.氧化反应 4.化合反应 5.歧化反应 6.可逆反应
薄膜的化学气相沉积(CVD)

PVD与CVD涂层工艺比较
沉积温度 物 理 气 相 沉 积 500℃或更 低， 沉积温度低 刀具变型 不， 基体的 硬度 强度不降低 。 涂层厚度 2～5μ m, 涂层较薄 ，刃口锋 利。 涂层表面 状态 涂层为压 应力，有 利于抑制 裂缝的扩 展；刃口 可不作钝 处理；表 面致密， 粗糙度低 。 涂层为拉 应力，易 生成裂 缝；刃口 必须作钝 化处理； 表面较粗 糙。 主要涂层 材料 TiN TiCN TiA1N A12o3 A1CrN MoS2 WC/C 等。 涂层 结合 强度 低 对环境 影响 无污染 主要应用领域 1.高速钢通用刀 具：钻头、丝锥 、立铣刀。 2.高速钢精密复 杂刀具：拉刀、 齿轮刀具。 3.整体硬质合金 刀具。 4.可转位螺纹刀 片、切断、切槽 刀片。 1.硬质合金可转 为刀片：车刀片 、铣刀片等。 2.金刚石涂层。
物 理 气 相 沉 积
1000℃， 沉积温度 高，基体 的 硬度、 强度降低 ，需开发 专门的基 体用于涂层 。
5～20μ m 或更厚， 适合于开 发多层厚 膜涂层， 高耐磨性。
TiN TiC TiCN A12o3 ZrO2 金刚石等 。 Nhomakorabea高
排出的 废气对 环境 有污染 。

pvd与cvd技术适用的薄膜制程薄膜制程是一种利用物理或化学方法在基底上形成一层薄膜的工艺。

在材料科学和工程中，薄膜制程被广泛应用于各种领域，如电子器件、光学器件、表面涂层等。

其中，物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）和化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是两种常见的薄膜制备技术。

PVD技术是一种将固态材料通过物理蒸发或溅射的方式沉积在基底上的方法。

它通常包括蒸发、溅射和离子镀三种方式。

蒸发是将材料加热至高温，使其蒸发并沉积在基底上；溅射是通过离子轰击的方式将材料从固态转变为气态，并在真空环境中沉积在基底上；离子镀是利用离子束轰击材料表面，使其释放出离子，并将离子沉积在基底上。

PVD技术具有高纯度、致密性好、结构均匀等优点，适用于制备金属薄膜、合金薄膜、氧化物薄膜等。

CVD技术是一种将气态或液态前体物质在基底表面化学反应生成固态产物的方法。

它通常包括化学气相沉积和低压化学气相沉积两种方式。

化学气相沉积是将气态前体物质与氧化剂在基底表面进行反应，生成固态产物；低压化学气相沉积是在较低的压力和温度下进行沉积。

CVD技术具有成膜速度快、控制性好、沉积均匀等优点，适用于制备金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。

PVD和CVD技术在薄膜制程中有着不同的适用性。

PVD技术适用于制备厚度较薄的薄膜，通常在几纳米到几十微米之间。

由于PVD 技术在沉积过程中，材料以固态形式进行转移，因此PVD制备的薄膜具有较高的致密性和纯度。

此外，PVD技术还可以在复杂的表面结构上进行沉积，如孔洞、凹槽等，适用于制备具有特殊形状要求的薄膜。

相比之下，CVD技术适用于制备较厚的薄膜，通常在几十纳米到几百微米之间。

由于CVD技术是通过化学反应生成固态产物，因此可以在基底表面上形成较为均匀的薄膜。

此外，CVD技术还可以在较低的温度下进行沉积，适用于对基底温度敏感的材料。

1．蒸发镀的原理
和液体一样，固体在一定温度下也可以或多 或少的气化（升华），形成该物质的蒸气。 在高真空中，将镀膜材料加热到高温，相应 温度下的饱和蒸气就在真空槽中散发，蒸发 原子在各个方向的通量并不相等。基体设在 蒸气源的上方阻挡蒸气流，且使基体保持相 对较低的温度，蒸气则在其上形成凝固膜。 为了弥补凝固的蒸气，蒸发源要以一定的比 例供给蒸气。
根据蒸发镀的原理可知，通过采用单金属镀膜 材料或合金镀膜材料就可在基体上得到单金属 膜层或得到合金膜层。但由于在同一温度下， 不同的金属具有不同的饱和蒸气压，其蒸发速 度也不一样，蒸发速度快的金属将比蒸发速度 慢的金属先蒸发完，这样所得的膜层成分就会 与合金镀料的成分有明显的不同。所以，通过 蒸发镀获得合金镀膜比获得单金属镀膜困难。
Байду номын сангаас
一、 蒸发镀
在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀膜材 料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法 称为蒸发镀膜，简称蒸镀。 蒸发镀是PVD方法中最早用于工业生产的一 种方法，该方法工艺成熟，设备较完善，低 熔点金属蒸发效率高，可用于制备介质膜、 电阻、电容等，也可以在塑料薄膜和纸张上 连续蒸镀铝膜。
物理气相沉积（PVD）技术经历了由最初的真空蒸镀到1963 年离子镀技术的开发和应用。20世纪70年代末磁控溅射技术有 了新的突破。 近年来，各种复合技术，如离子注入与各种PVD方法的复合， 已经在新材料涂层、功能涂层、超硬涂层的开发制备中成为必 不可少的工艺方法。 PVD法已广泛用于机械、航空、电子、轻工和光学等工业部门 中制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、磁性、光学、装饰、润滑、 压电和超导等各种镀层。 随着物理气相沉积设备的不断完善、大型化和连续化，它的应 用范围和可镀工件尺寸不断扩大，已成为国内外近20年来争相 发展和采用的先进技术之一。

CVD材料及其沉積方式
AP:常壓(1atm) LP:低壓(100Torr) PE:電漿 HDP:高密度電漿
電漿密度較高之系統
一般PECVD:使用頻率為13.56MHz, 電漿內離子濃度為1010~ 1011cm-3 HDP CVD:電漿內離子濃度為1011~ 1013cm-3 同時存在“沉積”與“蝕刻”之CVD HDP CVD包含有:
阻障金屬的濺鍍製程
為防止鋁與矽發生尖峰現象，通常於其間加入一層 阻障金屬層，至於插塞鎢因為鎢的CVD反應氣體與底材 矽會發生反應，因而造成接合漏電或接觸失敗等問題 。 所以也會在鎢與矽之間加入阻障金屬，常見的金屬有:
1.氮化鈦 (TiN) 2.鈦鎢合金(TiW) 3.Ta與 TaN: 主要作為銅製程阻障層材料 銅: (a) 低電阻率(銅約1.8 µ -cm，鋁約 3 µ -cm ) (b) 與SiO2 附著力不佳 (c) 對SiO2 及矽擴散速率快，易造成元件惡化
(b)BST與STO BST, (Ba, Sr) TiO3 : >1Gb 以上之DRAM STO, SrTiO3 : 控制較 BST容易
新CVD材料
2.低介電材料（Low k）：
選擇低介電材料來取代SiO2以解決多重內連線所造成RC時間延遲 問題 ，薄膜製作方法有 (a)漩塗式（spin coating） 溫度與濕度控制需較精準
化學氣相沈積
利用化學反應將反應物（通常為氣體）生成固態的生成 物沉積於晶片表面之技術，簡稱 CVD。所沉積的薄膜包 含，導體、半導體、介電材料。主要的材料有： 導體 : WSix，W，TiN 介電材料 : SiO2，Si3N4，PSG，BPSG 半導體 : poly Si，amorphous Si 磊晶（epitaxy）：c-Si

PVD和CVD无机薄膜沉积方式大全，一定有你不知道的.....无机薄膜沉积方式在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 (本文跟从众多资料的分类法, 将VE 和VS 归于PVD 而ALD 归于CVD)。

Physical Vapor Deposition (PVD)Physical Vapor Deposition (PVD) 亦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, 并通过低压气体(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)是指在真空条件下, 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。

比较常用的蒸发方法为电阻加热、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是在真空条件下, 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。

PVD与CVD表面处理技术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。

硬质合金刀具涂层及种类自从20世纪60年代以来，经过近半个世纪的的发展，刀具表面涂层技术已经成为提升刀具性能的主要方法。

刀具表面涂层，主要通过提高刀具表面硬度，热稳定性，降低摩擦系数等方法来提升切削速度，提高进给速度，从而提高切削效率，并大幅提升刀具寿命。

图一 PVD涂层刀具一、涂层工艺刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积（CVD）和（PVD）两大类。

1．CVD技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。

CVD可实现单成份单层及多成份多层复合涂层的沉积，涂层与基体结合强度较高，薄膜厚度较厚，可达7～9μm，具有很好的耐磨性。

但CVD工艺温度高，易造成刀具材料抗弯强度下降；涂层内部呈拉应力状态，易导致刀具使用时产生微裂纹；同时，CVD工艺排放的废气、废液会造成较大环境污染。

为解决CVD工艺温度高的问题，低温化学气相沉积（PCVD），中温化学气相沉积（MT-CVD）技术相继开发并投入实用。

目前，CVD（包括MT-CVD）技术主要用于硬质合金可转位刀片的表面涂层，涂层刀具适用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。

2．PVD技术主要应用于整体硬质合金刀具和高速钢刀具的表面处理。

与CVD工艺相比，PVD工艺温度低（最低可低至80℃），在600℃以下时对刀具材料的抗弯强度基本无影响；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。

PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金钻头、铣刀、铰刀、丝锥、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。

图二 PVD涂层原理物理气相沉积（PVD）在工艺上主要有（1）真空阴极弧物理蒸发（2）真空磁控离子溅射两种方式。

（1）阴极弧物理蒸发（ARC）真空阴极弧物理蒸发过程包括将高电流，低电压的电弧激发于靶材之上，并产生持续的金属离子。

被离化的金属离子以60～100eV平均能量蒸发出来形成高度激发的离子束，在含有惰性气体或反应气体的真空环境下沉积在被镀工件表面。

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真空蒸镀
• 装置： • 真空系统 • 蒸发系统 • 基片支撑 • 挡板 • 监控系统
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真空蒸镀
大量材料皆可以在真空中蒸发，最终 在基片上凝结以形成薄膜。真空蒸发沉积 过程由三个步骤组成: ①蒸发源材料由凝聚相转变成气相； ②在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运; ③蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、 成膜。
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溅射法
溅射法利用带有电荷的离子在电 场中加速后具有一定动能的特点，将 离子引向欲被溅射的靶电极。在离子 能量合适的情况下，入射的离子将在 与靶表面的原子的碰撞过程中使后者 溅射出来。这些被溅射出来的原子将 带有一定的动能，并且会沿着一定的 方向射向衬底，从而实现在衬底上薄 膜的沉积。
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溅射法
薄膜制备
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1
薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的 选择，基体材料的选择及表面处理， 薄膜制备条件的选择和薄膜结构、性 能与工艺参数的关系等。
2
薄
膜
物理气相沉积（PVD）
制
化学气相沉积 （ CVD）
备
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物理气相沉积（PVD） PVD
物理气相沉积（PVD)指的是利用某种物理的过 程，如物质的热蒸发பைடு நூலகம்在受到粒子束轰击时物理 表面原子的溅射现象，实现物质从原物质到薄膜 的可控的原子转移过程。
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薄膜的化学气相沉积(CVD)
CVD化学气相沉积装置
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薄膜的化学气相沉积(CVD)
影响CVD薄膜的主要参数
• 1.反应体系成分 • 2.气体的组成 • 3.压力 • 4.温度
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薄膜的化学气相沉积(CVD)
最基本的CVD装置 高温和低温CVD装置 低压CVD (LPCVD)装置 等离子体增强CVD(PECVD)装置 激光辅助CVD装置 金属有机化合物CVD (MOCVD)装置