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1、直流磁控溅射的工艺参数对铝膜沉积速率的影响 直流溅射功率对Al 膜沉积速率的影响 图1为不同溅射功率下Al膜的沉积速率。实验时溅射功率的变化范围为20003000W,其他工艺参数相同:溅射气压为0.5Pa;靶基距80mm;Ar气流量为170sccm,基片温度为130。由图1可以看出,随着直流功率的增大,在22.4kW范围内,沉积速率几乎成线性增加,这是因为在溅射镀膜过程中,基片上的沉积速率与溅射率成正比关系。但是2.4kW之后沉积速率的增加率明显变小而随后趋于平缓。这种非线性增加的转变,可以解释为: 随着溅射Ar+离子能量的持续增大产生了“离子注入效应”的现象,这种效应使部分离子深入到晶格内部

2、,将绝大部分的能量消耗在靶材内部而不是靶材的表面。 图1 Al薄膜沉积速率与直流溅射功率之间的关系溅射气压对薄膜沉积速率的影响 图2 是Al薄膜沉积速率与溅射气压之间的关系曲线。实验中溅射气压的变化范围为0.30.9Pa,其它参数相同:溅射功率为2600W;靶基距80mm; Ar气流量为170sccm,基片温度为130。 从图2 看出,溅射气压从0.3Pa 增大到0.4Pa的过程中,沉积速率随之增大;在0.4Pa时,沉积速率达到一个极大值,此后沉积速率随着溅射气压的增大而下降。这种现象的产生可以解释为: 图2 Al 薄膜沉积速率与溅射气压之间的关系 由气体分子运动论可知,气体分子平均自由程与压

3、强有如下关系：式中为气体分子平均自由程,k为玻耳曼常数,T为气体温度,d为气体分子直径,p为压强。在保持气体分子直径和气体温度不变的条件下,如果工作压强增大,则气体分子平均自由程将减小,溅射原子与气体分子相互碰撞次数将增加,二次电子发射将增强。由气体放电理论可知,电流密度j0与汤生第三电离系数和阴极位降区厚度dc的关系为： 其中0是真空中的介电常数,i是离子的迁移率,Vc是阴极位降。由上面的分析可知,压强增大时,二次电子发射将增强,那么就增大,同时dc将随之减小。根据式(2),当增大、dc减小时,电流密度j0增大,因此放电加强,溅射能力增强,沉积速率就会增大。当工作气压过大时,沉积速率会减小,原因有两点: 第一,随着Ar气分子的增多,溅射原子与Ar气分子的碰撞次数大量增加,这导致溅射原子能量在碰撞过程中大大损失,致使粒子到达基片的数量减小,沉积速率下降。第二,由于气体分子平均自由程减小,溅射原子的背散射和受气体分子散射的几率增大,而且这一影响已经超过了放电增强的影响。溅射原子经多次碰撞后会有部分逃离沉积区域,基

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