各种溅射镀膜方法

zpur1983

各种溅射成膜方法

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)。
溅射成膜法的特征
1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
! ?% C" d3 T* }) ^+ l2：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。
+ p* y* r# e4 N- S  g4 Y* I3：高熔点材料也可以成膜。
4：成膜厚度容易控制。
2 l! d0 S9 k# I( X: x4 `0 d5：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。
6：可以大面积均匀成膜。
7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。
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溅射成膜方式


一、　DC溅射成膜
　　原理
' x$ E  p, C1 i
3 E2 ~  \: u% I1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
5 j  z* T8 ?6 v- C' h9 y2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
2 i% f' M: t4 J$ g7 D0 ]3：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。
4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。
; o; K3 f3 M  B9 y6 H# |3 B5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。

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、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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    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。

/ C- b. o( q9 J' d% c. n    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。

( p  [2 @9 w" D二、RF溅射
    原理

1：靶和成膜基板近距离配置。
2：真空腔体和靶之间加高频率电压。
3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。
' Y- C7 t9 u  G) V0 ]6 C1 [4：因为电子比离子轻，容易移动。
$ [: V6 [6 I7 u; d5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。
" {6 q9 |8 X, D& J& ^& m6：高密度的电子使靶带有负电、会吸引更多的阳离子撞击靶。

三、磁控溅射
    原理
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  {, ?( E8 q! v1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。
2：加高电压之后诱发溅射。
5 Z+ g# J6 \& _0 J3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
/ J  N9 }/ W+ v4：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。

1 s0 `% K3 T5 r5 \+ H+ B! ^) U, T. P　　特征

6 i5 _. F  T1 t5 p0 t1、也可使用高频电源。
5 Z4 ?$ k9 K: B' N# }# T9 m2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。
3、溅射量大。
9 J: E# ]9 }" a7 H+ q% ^$ x
  　缺点
, j8 V: f& }! R. |) S- M　　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)。
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! T/ g7 f: e  r四、离子束溅射

! v9 n' S5 q: x  F这是唯一一种不用放电的溅射方法。
      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

& w- s" H. A, U7 x7 X- G" R- k      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。

. }/ |$ E" R; i7 v      (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。)

      特征
5 m( K9 l9 [  Y5 L8 F7 N' P- m, w1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。
8 z9 a& n/ ?' U2、离子源独立存在、单独设定容易。
& ?) M7 |9 v4 N3 q* ?# E# b3、靶材不需要导电性。
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缺点
0 f: x: k: u* x# }$ b+ a5 b1、设备复杂、昂贵。
2、成膜速度慢。


8 o% u9 c- n. `6 H* n, }溅射成膜设备的构成


6 s( o. K/ K  p) `除了离子束溅射之外、设备基本构成如下:

1、真空腔体(气体导入口、基板和靶出入口等)。
2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。
3、成膜基板台。
4 J: N' U. F3 w# h4、靶台。
7 k/ o2 V7 g* ^0 U5、电源(高频电源、高压电源)。
6、控制系统。
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' N% W& L& D5 g, A, \溅射利用法
9 J( s3 K' V0 r3 P1 _4 T磁气记录媒体。
- K6 X2 h9 W, xCD/DVD(信息记录的金属膜)。
半导体(电路、各种传感器)。
磁头。
打印机头部。
6 [8 ?# h! j. J( O: r液晶(透明电极部分)。
$ `$ x: h& x( `有机EL表示装置(透明电极部分)。
高辉度光电管。
% D2 v+ o' q" T4 t电子显微镜样品制作。
4 F) Q7 y3 P* Q光触媒薄膜。
表面分析(利用溅射的切削作用)。
形状记忆合金薄膜。
塑料或玻璃的电子屏蔽膜。

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