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溅射和真空镀气是利用物理现象的成膜方式。利用化学反应的代表性成膜方式为化学气相成膜法(CVD)。
1 a2 \( u" Z) w 溅射成膜法的特征9 ]7 d' ^' W. W8 G6 z
/ u7 g$ K+ i' d$ b% ]
1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。 ' v" u& n s% _2 f* m
2：对于合金或化合物的靶材、保持原材料组成不变也可以成膜。
% c) M, K1 H- ~, r( A' T8 o( Z3：高熔点材料也可以成膜。
. E% ^: F# f( L2 B* N4：成膜厚度容易控制。
; m- @$ ^. I2 @5：如果在成膜过程中导入反应性气体、则能合成氧化膜或氮化膜等。 & ?; B9 y1 [7 J
6：可以大面积均匀成膜。 2 F6 |0 `0 b2 x. r9 B7 i; y
7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。 F1 K5 m% k+ y2 M+ {+ ?
溅射成膜方式 1 y; u' q3 m) i: @7 k
一、 DC溅射成膜2 Z* J2 p+ ?. r" ?& ~4 ?* n
原理 % | }) a; {# O$ B: a: ~
' o$ Z5 }& y K- J' I1：成膜基板和膜靶材近距离配置。 3 @2 O) }2 V& ?1 p- B- P/ H$ E
2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
+ g6 n- {' v P" r P* F3：电子和离子在高电压下高速运动，离子撞击靶材，高速运动的电子和离子与气体分子碰撞，产生更多的离子。
* _; ~7 i1 I, C- \/ e4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。 ; B. B& e0 K* U$ K# j
5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。
' z! @0 a+ k) g9 B' _- Z6 s 这是最初被采用的溅射成膜法。长处在于构造简单，但同时存在以下缺点:1 ]- |- u3 V7 H' @! E9 _
1、发生辉光放电，设备的真空程度较差，残留气体影响较大。比如说成长的薄膜和残留气体发生 化学反应，或薄膜中有气泡等。
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8 _7 t( o, ^* w" s# O4 E# S) r7 r 2、气体成为等离子体状态，基板也处在高温的等离子状态中。因为高温可能会损伤基板。
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3、原料(靶)是强绝缘体的时候，表面会有离子堆积，使放电中止。 " B( n& ^9 P5 |) ^7 K, S/ s
1 _1 _! O4 n) m: r0 ], `0 @" J 二、RF溅射* U* r2 D+ ]0 T9 {9 R1 M
原理 % Y* O1 R8 H! O, f s+ [
6 @. k" ?9 o8 e, {5 H1：靶和成膜基板近距离配置。
# X& W! v) S, }& Q6 Z$ g9 S. X6 Z2 q5 A2：真空腔体和靶之间加高频率电压。 ( Z9 K, X$ Q0 z& e( {
3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。 4 Z; m, g, F% B9 u
4：因为电子比离子轻，容易移动。
0 F$ [$ s# i# C) e- W5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。
7 q$ }. N L3 j$ k; k6：高密度的电子使靶带有负电、会吸引更多的阳离子撞击靶。8 w) ]1 {$ I0 V( B0 F
3 M5 `$ d! _3 z! s
三、磁控溅射% p/ W3 v6 ?0 |8 T3 M
原理 " j+ W6 t6 G+ l5 i3 ~( c5 |
( @+ O4 o+ k. W% h1 n4 N1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。 3 G3 g8 |! q! d u) z$ t6 R
2：加高电压之后诱发溅射。
- }: k& @+ E% H3 P8 r8 V3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
# e* Y0 G/ O- Q4 a2 t4：在螺旋运动电子的周围产生等离子状态、可进行高密度溅射。 8 [& f( d! `; x, O" R2 h o
. _: Q6 o* @& H1 z 特征
. b) S; p; ?" u y0 M& f& u; l% ]1 u) a+ z1 P9 R
1、也可使用高频电源。
* O' y7 V# ~# r' S* i: l5 k; f# p2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。 / X, r5 Q y; j8 _4 v! ~
3、溅射量大。
- m3 ?# t D$ C6 u# w: {% n+ D& m' ^6 X5 z0 _ z
缺点
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" F. o# Y7 T6 M8 \' p: s7 [0 p 靶材的磨损不均匀(磁场较强的地方被大量溅射、在磁场南北极中间线附近溅射量较少)。 7 B# N. H) B8 `' N& ]; n* h: P2 O
四、离子束溅射. _4 I6 w3 j" s( m5 o' O5 ^! J
这是唯一一种不用放电的溅射方法。
! J; A( z9 f2 F( c' P" m% x 从离子枪(产生离子并加速的设备)发射出来的高速离子照射靶材使其溅射后堆积在基板上成膜其# G- ?2 c% d8 S& Q/ _ U
! u9 F, |8 R5 G, h
他的几种溅射方式都利用等离子状态、基板同时也受到电子和离子的影响。离子束溅射不采用放电现象。但是为了使离子枪持续产生离子也需要供应惰性气体。( l2 L% ^) m9 |
2 V+ W: H( ~# h! O2 s& r& p
(注:使原材料离子化而射向基板的手法被称为离子注入法、而不是溅射。) # \9 [# |$ }# u, L+ {' j" l" q
特征 : n5 ?- X8 \" k/ n( \' z- y- }
1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。 , `; f7 ~6 r: E3 i
2、离子源独立存在、单独设定容易。
% Q& o: U0 Y/ A( v2 i3、靶材不需要导电性。# Z3 v& ]( X" b9 i, u# a
缺点
$ w8 u q) r$ U: a1、设备复杂、昂贵。
; A6 \2 C6 Q4 O2 _% [3 f2、成膜速度慢。 0 `$ d9 l9 D5 q$ ?* @/ K
+ P& h+ @4 v2 G5 J 溅射成膜设备的构成
# m0 i0 [0 Q) z! F; S6 n6 `) K! b- J4 {8 x
除了离子束溅射之外、设备基本构成如下:
: N3 C" h3 C' A C% b2 G1、真空腔体(气体导入口、基板和靶出入口等)。 / s) a+ O$ q; w8 @7 C8 O& _
2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。 $ y/ J. l+ K. M
3、成膜基板台。 ' a6 I% \8 M$ ]# @' f
4、靶台。 % K& F1 v% F& P( m+ B$ W
5、电源(高频电源、高压电源)。
% u" ]# \0 v3 c/ G9 |6、控制系统。6 s a: E) O' B3 e' b4 ^
) ~; M. s' p- w' K4 e 溅射利用法
6 W9 K" Y: | S3 t7 z/ q$ X1 ~9 C
磁气记录媒体。
2 ?7 G( m, x r) c% R! N3 X2 g* J+ {CD/DVD(信息记录的金属膜)。
4 u2 Y- H4 z: y$ K. ^" p P. N半导体(电路、各种传感器)。
8 c9 Y+ Z; F6 u0 P# R$ U磁头。
3 L! x$ r# k1 o, r打印机头部。
r" Q1 j7 G. D液晶(透明电极部分)。 " O* h' V, P' x4 k; a, B
有机EL表示装置(透明电极部分)。
1 [8 X2 Z, L2 q! U高辉度光电管。 1 U! R/ K& l: M2 B) ~
电子显微镜样品制作。
7 {. F& D* Q+ V* ^- S# U8 H+ W光触媒薄膜。 5 e. \% p+ h- }
表面分析(利用溅射的切削作用)。
% k+ i, K; R$ ~# n形状记忆合金薄膜。
9 W3 B- I( y5 o4 ?" [: t1 q) C塑料或玻璃的电子屏蔽膜。 |
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发表于 2009-3-4 12:39:18
