溅射镀膜学习教案

1、会计学1溅射溅射(jin sh)镀膜镀膜第一页，共88页。2第1页/共87页第二页，共88页。3轰击粒子。该离子又称入射离子，轰击粒子。该离子又称入射离子，这种镀膜技术又称为离子溅射镀膜这种镀膜技术又称为离子溅射镀膜或淀积。或淀积。与此相反，利用溅射也可以进行与此相反，利用溅射也可以进行刻蚀。淀积和刻蚀是溅射过程的两刻蚀。淀积和刻蚀是溅射过程的两种应用。种应用。溅射镀膜装置：阴极（靶材）、溅射镀膜装置：阴极（靶材）、阳极（基片）、阳极（基片）、挡板、溅射气体入挡板、溅射气体入口口3第2页/共87页第三页，共88页。44第3页/共87页第四页，共88页。5一 准备知识：电子与气体分子的碰撞、激发

2、与电离二 辉光放电1直流辉光放电辉光放电是溅射的基础。辉光放电是在真空度约为101Pa的稀薄(xb)气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种放电现象。5第4页/共87页第五页，共88页。66第5页/共87页第六页，共88页。77第6页/共87页第七页，共88页。88第7页/共87页第八页，共88页。99第8页/共87页第九页，共88页。1010第9页/共87页第十页，共88页。1111第10页/共87页第十一页，共88页。12第11页/共87页第十二页，共88页。u辉光辉光(hu un)放电图放电图第12页/共87页第十三页，共88页。1414u辉光辉光(hu un)放电图放电图第13页/共8

3、7页第十四页，共88页。1515第14页/共87页第十五页，共88页。1616第15页/共87页第十六页，共88页。1717第16页/共87页第十七页，共88页。3. 射频辉光放电（射频辉光放电（530MHz的射频溅射频率下）的射频溅射频率下）特征：（特征：（1）减少了放电对二次电子的依赖，降低了击穿电压）减少了放电对二次电子的依赖，降低了击穿电压 （2）溅射材料范围拓宽，可以溅射包括介质材料在内的任何）溅射材料范围拓宽，可以溅射包括介质材料在内的任何材料材料 为了溅射沉积绝缘材料，将直流电源换成交流电源后由于交流电源为了溅射沉积绝缘材料，将直流电源换成交流电源后由于交流电源的正负性发生周期交

4、替，当溅射靶处于的正负性发生周期交替，当溅射靶处于(chy)正半周时，电子流向正半周时，电子流向靶面，中和其表面积累的正电荷，并且积累电子，使其表面呈现负偏靶面，中和其表面积累的正电荷，并且积累电子，使其表面呈现负偏压，导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材，从而实现溅压，导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材，从而实现溅射射 。 在射频溅射装置中，等离子体中的电子容易在射频场中吸收能量并在射频溅射装置中，等离子体中的电子容易在射频场中吸收能量并在电场内振荡，因此，电子与工作气体分子碰撞并使之电离产生离子在电场内振荡，因此，电子与工作气体分子碰撞并使之电离产生离子的概率变大，故使得

5、击穿电压、放电电压及工作气压显著降低。的概率变大，故使得击穿电压、放电电压及工作气压显著降低。 第17页/共87页第十八页，共88页。1919第18页/共87页第十九页，共88页。2020第19页/共87页第二十页，共88页。2121第20页/共87页第二十一页，共88页。22 d.升华热大，升华热大，S小。小。22第21页/共87页第二十二页，共88页。2323第22页/共87页第二十三页，共88页。2424第23页/共87页第二十四页，共88页。2525第24页/共87页第二十五页，共88页。2626第25页/共87页第二十六页，共88页。2727第26页/共87页第二十七页，共88页。2

6、828第27页/共87页第二十八页，共88页。29第28页/共87页第二十九页，共88页。30（2溅射原子的能量与靶材料、入射离子溅射原子的能量与靶材料、入射离子的种类和能量（如图的种类和能量（如图3-16、3-17、3-18、3-19、3-20)以及溅射原子的方向性以及溅射原子的方向性(如如 图图 3-21)有关。有关。30第29页/共87页第三十页，共88页。3131第30页/共87页第三十一页，共88页。3232第31页/共87页第三十二页，共88页。3333第32页/共87页第三十三页，共88页。3434第33页/共87页第三十四页，共88页。3535第34页/共87页第三十五页，共8

7、8页。3636第35页/共87页第三十六页，共88页。3737第36页/共87页第三十七页，共88页。3838第37页/共87页第三十八页，共88页。3939第38页/共87页第三十九页，共88页。第39页/共87页第四十页，共88页。41主要发生的一个过程。主要发生的一个过程。实际上，溅射过程十分复杂，实际上，溅射过程十分复杂，当高能入射离子轰击固体表面时，当高能入射离子轰击固体表面时，会产生如图会产生如图 3-26 所示的许多效应。所示的许多效应。除了靶材的中性粒子，即原子或除了靶材的中性粒子，即原子或分子最终淀积为薄膜之外，其他分子最终淀积为薄膜之外，其他一些效应会对溅射膜层的生长产一些

8、效应会对溅射膜层的生长产生很大的影响。生很大的影响。41第40页/共87页第四十一页，共88页。4242第41页/共87页第四十二页，共88页。第42页/共87页第四十三页，共88页。4444第43页/共87页第四十四页，共88页。第44页/共87页第四十五页，共88页。46I I 。在不增高电压的条件下，增加。在不增高电压的条件下，增加I I 就就只有增高工作气体的压力，但较多地增只有增高工作气体的压力，但较多地增加气体压力反而会降低溅射率。加气体压力反而会降低溅射率。46第45页/共87页第四十六页，共88页。4747第46页/共87页第四十七页，共88页。48A rPcPcQArQccQ

9、P V/cArcArPP QQArArQP VcP3410 10 Pa48第47页/共87页第四十八页，共88页。49扩散泵油的回流现象可能十分严重。410 Pa49第48页/共87页第四十九页，共88页。5050第49页/共87页第五十页，共88页。5151第50页/共87页第五十一页，共88页。52质量有关；质量有关；(图图 3-12)（3）当入射离子的能量低于某一）当入射离子的能量低于某一临界值（阈值）时，不会临界值（阈值）时，不会发生溅射；发生溅射； (图图3-11)52第51页/共87页第五十二页，共88页。第52页/共87页第五十三页，共88页。5454第53页/共87页第五十四页

10、，共88页。5555第54页/共87页第五十五页，共88页。56研究开发成功对向靶溅射(jin sh)装置。56第55页/共87页第五十六页，共88页。57一二极溅射一二极溅射 被溅射的靶（阴极）和成膜的基板及其固定架被溅射的靶（阴极）和成膜的基板及其固定架（阳极）构成了溅射装置的两个极（阳极）构成了溅射装置的两个极 。因溅射过程。因溅射过程(guchng)发生在阴极，又称阴极溅射。发生在阴极，又称阴极溅射。57第56页/共87页第五十七页，共88页。5858第57页/共87页第五十八页，共88页。5959第58页/共87页第五十九页，共88页。6060第59页/共87页第六十页，共88页。6

11、1压力范围内，扩散压力范围内，扩散泵几乎不起作用，主阀处泵几乎不起作用，主阀处于关闭状态，排气于关闭状态，排气速率小，所以残留气体对速率小，所以残留气体对膜层污染较严重，膜层污染较严重，薄膜纯度较差；薄膜纯度较差；61第60页/共87页第六十一页，共88页。62尽量减少或减弱尽量减少或减弱(jinru)(jinru)由靶放出的高速电子对基片由靶放出的高速电子对基片的轰击；的轰击；（3 3）选择适当的入射离子能量。）选择适当的入射离子能量。62第61页/共87页第六十二页，共88页。6363第62页/共87页第六十三页，共88页。第63页/共87页第六十四页，共88页。65优点：（1）克服了二极

12、直流溅射只能在较高气压下进行的缺点， 因为它是依赖离子轰击阴极所发射的次级电子来维持辉光放电。65第64页/共87页第六十五页，共88页。6666（2 2）三极溅射的进行不再依赖于阴极所发射的二次电子，溅射速）三极溅射的进行不再依赖于阴极所发射的二次电子，溅射速率可以由热阴极的发射电流控制，提高了溅射参数的可控性和工艺率可以由热阴极的发射电流控制，提高了溅射参数的可控性和工艺重复性。重复性。（3 3）四极溅射的稳定电极）四极溅射的稳定电极(dinj)(dinj)使放电趋于稳定。使放电趋于稳定。第65页/共87页第六十六页，共88页。6767第66页/共87页第六十七页，共88页。6868射频溅

13、射原理图射频溅射原理图第67页/共87页第六十八页，共88页。69质量小得多，故其迁移率很高仅用很短时间就可以飞向靶面，中和其表面积累的正电荷，并且在靶面又迅速积累大量的电子，使其表面因空间电荷呈现负电位，导致在射频(sh pn)电压的正半周期时也吸引离子轰击靶材。从而实现了在正、负半周期均可产生溅射。69第68页/共87页第六十九页，共88页。7070第69页/共87页第七十页，共88页。7171第70页/共87页第七十一页，共88页。7272第71页/共87页第七十二页，共88页。7373第72页/共87页第七十三页，共88页。74使用强磁性靶能实现低温高速溅使用强磁性靶能实现低温高速溅射

14、镀膜。射镀膜。优点：优点：溅射速率高，基板温度低，溅射速率高，基板温度低，可淀积磁性薄膜等。可淀积磁性薄膜等。原理如图原理如图3-44所示。所示。74第73页/共87页第七十四页，共88页。7575第74页/共87页第七十五页，共88页。7676aAEN第75页/共87页第七十六页，共88页。77量之差。量之差。如前所述，蒸发粒子的平均能量如前所述，蒸发粒子的平均能量只有只有(zhyu)0.10.2ev,而溅射粒子而溅射粒子可达可达1020ev，比蒸发高二个数量级，比蒸发高二个数量级左右。蒸发和溅射粒子的能量分布左右。蒸发和溅射粒子的能量分布如图如图346所示。所示。aEANaEaExT77第

15、76页/共87页第七十七页，共88页。7878第77页/共87页第七十八页，共88页。7979第78页/共87页第七十九页，共88页。80的离子组成，离子的能量较高，的离子组成，离子的能量较高，它们打它们打到由需要淀积的材料组成的靶上，到由需要淀积的材料组成的靶上，引起引起靶原子溅射，再淀积到基片上形靶原子溅射，再淀积到基片上形成薄膜。成薄膜。因此，又称离子束溅射。因此，又称离子束溅射。80第79页/共87页第八十页，共88页。8181第80页/共87页第八十一页，共88页。8282第81页/共87页第八十二页，共88页。8383第82页/共87页第八十三页，共88页。8484第83页/共87页第八十四页，共88页。第84页/共87页第八十五页，共88页。第85页/共87页第八十六页，共88页。8787第86页/共87页第八十七页，共88页。N