第四章薄膜的物理气相沉积-溅射法.ppt

三、磁控溅射装置及特性 4.3 溅射沉积装置 1直流电源 2出水口 3进水口 4进气口5 靶材 6真空泵 7 基片架 8基片偏压 三、磁控溅射装置及特性 磁场的作用使电子不再做平行直线运动，而是围绕磁力线做螺旋运动，这就意味着电子的运动路径由于磁场的作用而大幅度地增加，从而有效地提高了气体的离化效率和薄膜的沉积速率。 磁控溅射比直流和射频溅射的沉积速率高很多。原因： 1、磁场中电子的电离效率提高 2、在较低气压下（0.1Pa)溅射原子被散射的几率减小 提高了入射到衬底上的原子的能量，从而提高薄膜 的质量。 三、磁控溅射装置及特性 三、磁控溅射装置及特性 三、磁控溅射装置及特性 4.1 辉光放电与等离子体 4.2 物质的溅射现象 4.3 溅射沉积技术 第四章 薄膜制备技术-溅射法 第四章 薄膜制备技术-溅射法 溅射法 利用带电离子在电磁场的作用下获得足够的能量，轰击固体（靶）物质，从靶材表面被溅射出来的原子以一定的动能射向衬底，在衬底上形成薄膜。 溅射法的分类 直流溅射 射频溅射 磁控溅射 反应溅射 偏压溅射 第四章 薄膜制备技术-溅射法 溅射镀膜的特点 （1）对于任何待镀材料，只要能作成靶材，就可实 现溅射 （2）溅射所获得的薄膜与基片结合较好 （3）溅射所获得的薄膜纯度高，致密性好 （4）溅射工艺可重复性好，可以在大面积衬底上获 得厚度均匀的薄膜 靶材是需要被溅射的物质，作为 阴极，相对阳极加数千伏电压， 在真空室内充入Ar气，在电极间形成辉光放电。 辉光放电过程中，将产生Ar离子，阴极材料原子，二次电子，光子等。 4.1 辉光放电和等离子体 一、辉光放电的物理基础 等离子体 等离子体是一种中性、高能量、离子化的气体，包含中性原子或分子、原子团、带电离子和自由电子。 作用： 1、提供发生在衬底表面的气体反应所需要的大 部分能量 2、通过等离子刻蚀选择性地去处金属 4.1 辉光放电和等离子体 ?产生辉光放电 通过混合气体中加直流电压、或射频电压，混合气体中的电子被电场加速，穿过混合气体，与气体原子或分子碰撞并激发他们，受激的原子、或离子返回其最低能级时，以发射光（或声子）的形式将能量释放出来。 不同气体对应不同的发光颜色。 4.1 辉光放电和等离子体 真空室 电极 高真空泵 等离子体 RF 发生器 匹配部件 4.1 辉光放电和等离子体 CHF2 radical High-energy electron Fluorine (neutral) CHF3 molecule Fluorine Fluorine Hydrogen Carbon Fluorine Fluorine Fluorine Hydrogen Carbon Fluorine Electron Collision results in dissociation of molecule. High-energy electron collides with molecule. 4.1 辉光放电和等离子体 直流电源E, 提供电压V和电流I则 V = E - IR。 1、辉光放电过程包括 初始阶段AB：I=0 无光放电区 汤生放电区BC：I迅速增大 过渡区CD：离子开始轰击阴极，产生二次电子，又与气体分子碰撞产生更多离子 辉光放电区DE：I增大，V恒定 异常辉光放电区EF：溅射所选择的工作区 弧光放电：I增大，V减小 弧光放电区FG：增加电源功率，电流迅速增加 4.1 辉光放电和等离子体 A B C D E F G 2、辉光放电区域的划分 阴极辉光； 阴极暗区； 负辉光区；法拉第暗区； 阳极柱；阳极暗区；阳极辉光 暗区是离子和电子从电场中获取能量的加速区，辉光区相当于不同粒子发生碰撞、复合、电离的区域。 4.1 辉光放电和等离子体 4.2 物质的溅射现象 离子轰击固体表面可能发生一系列的物理过程，每种过程的相对重要性取决于入射离子的能量。 一、溅射的产额： 被溅射出来的原子个数与入射离子数之比。它与入射能量，入射离子种类，溅射物质种类及入射离子的入射角度有关。 4.2 物质的溅射现象 图3.7 入射离子能量的影响 只有入射离子能量超过一定阈值以后，才能从被溅射物质表面溅射出离子，阈值能量与入射离子的种类关系不大，与被溅射物质的升华热有一定比例关系 随入射离子能量的增加，溅射产额先增加，然后处于平缓（10Kev)，