镀膜技术PVD浅析.ppt

二、溅射产额 (Sputtering Yield, 记为P)： 2、规律：与入射离子的种类、能量及角度， 以及靶材种类及温度有关。 ? 靶材的影响： ■ 种类 (见右图4)：也是周期性升高！ 靶材的原子序数? ? P ?、但有周期性“回头”现象； ■ 温度 (见右图5)：高于临界温度后急剧升高！ 临界温度以下：P 基本与温度无关； 高于临界温度：靶材原子键合减弱 ? ?T 则 P ?? 因此：控制靶材的温升很重要，不能过高！ 三、溅射原子的能量特征： ? 高于蒸发原子1~2个数量级，一般1-20 eV或更高； ? 原子序数?，则能量越?；反之，则逸出速度越?； ? 入射离子能量不变时，其质量?，则溅射原子的能量?； ? 溅射原子的平均能量随入射离子能量? 而 ?， 但当入射能量高到一定水平后，则趋于饱和而不再?。 溅射沉积技术 5 4 溅射沉积技术 溅射沉积技术的主要优、缺点 优点 (与蒸发技术相比)： 1、可溅射沉积任何能做成靶材的材料，特别是高熔点材料 (如：石墨、Ti、Ta、W、Mo等)； 2、由于沉积原子能量较高，薄膜组织均匀致密，与基片的结合力较高； 3、制备合金薄膜时，成分控制容易保证； 4、利用反应溅射技术，容易实现化合物薄膜沉积； 5、薄膜的物相成分、梯度、膜厚控制精确，工艺重复性好； 6、沉积原子能量较高，还可以改善薄膜对复杂形状表面的覆盖能力，降低薄膜的表面粗糙度。 主要缺点： 1、沉积速率不高； 2、等离子体对基片存在辐射、轰击作用，不但可引起基片温升，而且可能形成内部缺陷。 分类： 按靶材性质不同，可分为： 沉积物性质不同，可分为： 简单的溅射装置 氩气入口 钟罩 阴极屏蔽 阴极，靶 阳极 加热器 基片衬底 高压线 高压屏蔽 高压 至真空泵 直流溅射(二极系统) 只适用于靶材为良导体的溅射 溅射气压1.3-13Pa，太低和太高都不利于薄膜的形成。 阴-阳极距离适中，大约为阴极暗区的2倍 溅射电压1-5KV。 靶材必须为金属。不能溅射介质材料(正离子打到靶材料上产生正电荷积累, 靶表面电位升高,正离子不能继续轰击靶材料, 溅射终止) 为保证薄膜的均匀性，阴极面积大约为衬底的2倍。 结构简单; 可长时间进行溅射;;溅射速率底; 基板表面因受到电子轰击而有较高温度. ? 改进思路：增加额外电子源 (辅助灯丝) ? ??放电区电子密度  ? 低压下就可以维持放电，并获得高离化率  ? ?沉积速率、?杂质气体对镀膜的污染  ? ?薄膜质量、?沉积效率 ? 比较： ■ 二极溅射系统：真空度不能太高，否则不能维持放电； ■ 三极/四极系统：有辅助电子枪提供更多高能电子 ? ?离化率  ? 可低气压 (高真空) 自持放电 ? ?污染 ?效率 ■ 射频溅射系统：高频耦合放电，放电电压?、真空度? 3、多极直流溅射装置的优、缺点： ? 真空度较高，工作电压显著降低； ? 减少了镀膜污染；? 沉积速率有一定提高； ? 大面积的均匀等离子体仍较难获得； ? 薄膜沉积速率仍然有限 (慢)。 直流三极溅射系统示意图 系统 参数 二极溅射 三极溅射 射频溅射 压力 Pa 10 0.5 1 电压V 3000 1500 1000 电流 mA/cm2 0.5 2.0 1 沉积率 ?m/min 0.1 0.3 0.5 不同溅射系统的典型工作参数比较 直流溅射(三极系统) 是在二极系统基础上的一种改进！ 出发点：解决不具导电性的非金属材料溅射镀膜问题！ ? 使用直流电源，靶材同时是阴极，不导电无法实现溅射！ 实现方法： ? 使用交变频率 50 kHz的交流电源；? 在电源和放电室之间配置阻抗匹配网络，使交变电场能量耦合 到放电室内；? 电子与高频交变电场共振获得能量，继而不断与气体分子碰撞 使之电离；? 靶材是绝缘体，且基片接地极为重要。 原理： ? 利用靶材相对于等离子体的周期性自偏压实现溅射！ 靶材非导体，离子质量大 ? 运动惯性 电子， 交变电场下： ? 电子可全部到达绝缘靶材表面，阳离子只有部分到达  ? 靶材表面形成周期性负电荷富集  ? 形成相对于等离子体的负电位 ? 等离子体始终处于正电位 Vp，且始终成立： Vp Vc（靶电极电位