溅射镀膜类型.pptxVIP

溅射镀膜类型;溅射镀膜类型;溅射镀膜的方式很多，从电极结构上可分为二极溅射、三或四极溅射和磁控溅射。 直流溅射系统一般只能用于靶材为良导体的溅射； 射频溅射适用于绝缘体、导体、半导体等任何一类靶材的溅射； 反应溅射可制备化合物薄膜； 为了提高薄膜纯度而分别研究出偏压溅射、非对称交流溅射和吸气溅射等； 对向靶溅射可以进行磁性薄膜的高速低温制备。; 各种溅射镀膜类型的比较 ;;;一．二极溅射  ; 二级溅射结构原理图 ;直流二极溅射原理;溅射过程中涉及到复杂的散射过程和多种能量传递过程：首先，入射粒子与靶材原子发生弹性碰撞，入射粒子的一部分动能会传给靶材原子，某些靶材原子的动能超过由其周围存在的其它原子所形成的势垒(对于金属是5-10eV)，从而从晶格点阵中被碰撞出来，产生离位原子，并进一步和附近的原子依次反复碰撞，产生碰撞级联。当这种碰撞级联到达靶材表面时，如果靠近靶材表面的原子的动能大于表面结合能(对于金属是1-6eV)，这些原子就会从靶材表面脱离从而进入真空。 ;直流二极溅射放电所形成电回路，是依靠气体放电产生的正离子飞向阴极靶，一次电子飞向阳极而形成的。而放电是依靠正离子轰击阴极所产生的二次电子，经阴极暗区被加速后去补充被消耗的一次电子来维持的。因此，在溅射镀膜过程中，溅射效应是手段，沉积效应是目的，电离效应是条件。;为了提高淀积速率，在不影响辉光放电前提下，基片应尽量靠近阴极靶。但基片接近阴极时，甚至在未达到阴极暗区之前，就会产生放电电流急剧变小而使溅射速率下降的现象。这时，从基片上膜厚分布来看，在阴极遮蔽最强的中心区膜最薄。因此，有关资料指出：阴极靶与基片间的距离以大于阴极暗区的3~4倍较为适宜。 直流二极溅射的工作参数为溅射功率、放电电压、气体压力和电极间距。溅射时主要监视功率、电压和气压参数。当电压一定时，放电电流与气体压强的关系如图3-32所示。气体压力不低于lPa，阴极靶电流密度为0.15 ～1.5MA/CM2。;优点： 结构简单，可获得大面积膜厚均匀的薄膜。 缺点： （1）溅射参数不易独立控制，放电电流易随电压和气压变化，工艺重复性差； （2）气体压力较高（10Pa左右），溅射速率较低，这不利于减少杂质污染及提高溅射效率，使薄膜纯度较差，成膜速度慢； （3）电子在电场力作用下迅速飞向基片表面：电子运动路径短，轰击在基片上速度快，导致基片温度升高； （4）为了在辉光放电过程中使靶表面保持可控的负高压，靶材必须是导体。（直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴极，从而该方法只能溅射导体材料，不适于绝缘材料。因为轰击绝缘靶材时表面的离子电荷无法中和，这将导致靶面电位升高，外加电压几乎都加在靶上，两极间的离子加速与电离的机会将变小，甚至不能电离，导致不能连续放电甚至放电停止，溅射停止。故对于绝缘靶材或导电性很差的非金属靶材，须用射频溅射法。）; 二、偏压溅射;（2）偏压溅射还可改变淀积薄膜的结构。图3-34示出了基片加不同偏压时钽膜电阻率的变化。偏压在-100V至100V范围，膜层电阻率较高，属β-Ta即四方晶结构。当负偏压大于100V时，电阻率迅速下降，这时钽膜已相变为正常体心立方结构。这种情况很可能是因为基片加上正偏压后，成为阳极，导致大量电子流向基片，引起基片发热所致。 图3-34 钽膜电阻率与基片偏压关系 ;三、三极或四极溅射;原理： 等离子区由热阴极和一个与靶无关的阳极来维持，并通过外部线圈所提供的磁场，将等离子体限域在阳极和灯丝阴极之间。而靶偏压是独立的，这就大大降低了靶偏压。 当在靶上施加一相对于阳极的负高压，溅射就会出现，如同在二级辉光放电那样，离子轰击靶，靶材便沉积在基片上。; 但是，若对稳定性电极加+300V电压时，只要稍微提高一点气压（由G至T），放电即可重新开始。即稳定性电极的作用使稳定放电的范围从D点扩大到T点，使放电气压提高一个数量级。因此，四极溅射的主阀几乎可在全开状态下进行溅射。靶电流主要决定于阳极电流，而不随靶电压而变，因此，靶电流和靶电压可独立调节，从而克服了二极溅射的相应缺点。;优点： 1、克服了二极直流溅射只能在较高气压下进行的缺点； 2、由于靶电压低，对基片的溅射损伤小，适宜用来制作半导体器件和集成电路，并已取得良好效果； 3、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重复性； 4、四极溅射的稳定电极使放电趋于稳定。 缺点： 1、三（四）极溅射