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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)。 , d) v5 R. Z2 t3 ~ h
溅射成膜法的特征) F. P. Y3 B% o$ ~7 W) f
4 s0 M u- z5 {% c) z1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
; `& z+ {* J) E* T( G3 T& W2：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。 ( E& D1 @* B' \
3：高熔点材料也可以成膜。
; A# ~# N# W a" a7 G' x: e4：成膜厚度容易控制。
3 J G- M+ \7 E! ^7 C5：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。
; U9 r) b3 e4 e6：可以大面积均匀成膜。 ( S/ b% G: Q8 [
7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。
3 A# ]' K, N3 J6 } i# a 溅射成膜方式
, u% [. |: j. [1 f 一、 DC溅射成膜
/ v, k( g: [2 Q4 X2 K/ U 原理
+ D b& M* I5 i* ]5 x6 w8 \4 g% s3 |/ O' O; V. P
1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
- n" ]; J! {6 z$ y2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
7 o& l5 f" o' r" ]0 F6 v) T3：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。 * K" x, q& b; B3 \% A" B5 ~+ q* G
4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。
3 I: F* z! V7 S) G7 \. T! E5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。
5 ~) c( B: R2 R$ D) B; ^8 x 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:
3 H2 ]0 m) ~5 ]) K0 S6 `; F @% h0 d 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。8 z# @; h. c4 S! s, S5 H6 F
- I( s, F3 p) D
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。
# A8 `) o' S& q2 c `9 v2 j) G: ^
1 z+ O5 {2 ~; }8 ^ 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。
) s& T! x% t5 ?" h7 d; _2 N0 V7 {7 Z) W9 e: L, u
二、RF溅射
1 t. ~' o) P$ b. ^- m! n8 | 原理 2 V# T$ T v6 T# u# C3 B# K; A
- t) l5 R3 T+ f" p8 F1：靶和成膜基板近距离配置。
! W& ~- h# q4 @- {1 ^2：真空腔体和靶之间加高频率电压。
' b. O2 u( O0 }: j7 m3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。
. [8 I# ?9 W/ o+ L0 B+ } F4：因为电子比离子轻，容易移动。
9 Z) d' D% r4 F& t5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。
* a/ e" ?3 s$ u- w- K* o9 g6：高密度的电子使靶带有负电、会吸引更多的阳离子撞击靶。
7 P& U' y1 q- S9 A* d# V% Q& i# v5 L& Q. u6 v5 P8 y% z8 u& O
三、磁控溅射
% _" K% w8 B. S" q1 x; Q 原理
1 U( f) z: E; M: G; Q8 k1 J9 `" L' ^2 Z) H n# H/ }
1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。 ) F, Q4 ]# h' U/ p$ e3 U
2：加高电压之后诱发溅射。
; G! K/ Q3 n3 R% K; k: M8 O# p0 D3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
( \( q0 K- C- M4：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。 0 k2 n: B3 _+ v, t
% L, p1 x9 y1 }
特征
E- L) F0 n! [* q
3 `) R3 S, Y" |1、也可使用高频电源。 " W, z7 u5 n4 Q1 Y
2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。 " E" G/ U. D8 ^8 \" U: V, }& ^7 O/ k3 ]
3、溅射量大。
9 Y, t, F6 E ^
+ G: s* @( s# Q& Z4 @ 缺点
( ]: t, m* U3 i, ?( s D! \% q# V1 Q1 [8 T+ ^$ J) n
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)。
# _) C& K; `2 I/ H( y; A, R 四、离子束溅射6 ]" c% c7 a6 ?5 J% l7 k# I
这是唯一一种不用放电的溅射方法。 * x$ f% d9 \6 j' j, l% U4 [9 S
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2 U+ d1 v& B) O% i3 M2 V6 U
. B9 T- P6 [) S% L
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。! j. m. E# V2 ?) Z" U
4 x. A3 Q$ u: F& l* D) c
(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。) . I y* ]# {- s0 q6 Y! N) D
特征 2 ?# z" Z$ G7 a1 y+ V3 Z- e
1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。
$ c) w4 F1 U4 H6 o; i2、离子源独立存在、单独设定容易。
% P1 f" `3 |7 w8 P3、靶材不需要导电性。( j, @/ O9 j# y5 ~7 J# l
缺点* k" r' B8 Y% D% A+ `( J$ _
1、设备复杂、昂贵。
1 |1 y3 q/ A# @0 S3 ~2、成膜速度慢。
9 L& E. I7 \( ` {. Z7 O; `4 A
[4 _% A/ U9 a( B 溅射成膜设备的构成
. C: C& b y. T* i! l. u" y* o+ [# W4 T
除了离子束溅射之外、设备基本构成如下:- r4 u0 _, u$ F0 w! ?
1、真空腔体(气体导入口、基板和靶出入口等)。
0 F7 D& k; c2 F" v$ ?3 i# w6 B, t2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。
5 e1 |7 d _% m1 ~& Z7 D: P3、成膜基板台。
. }& H* k! C0 @( h! V8 @4、靶台。 $ k% R9 k- f& w3 E0 W2 h% ~8 h) X
5、电源(高频电源、高压电源)。 4 z" e! l; Y# {5 [
6、控制系统。
. i0 W! r1 U' _* O- n: @' J7 N/ c) U7 ^; g3 k0 \& I6 `) @
溅射利用法: ?" c S" Q8 S! C# B) b
+ y# J1 I2 T. D2 }( u* o; }+ y7 V
磁气记录媒体。
+ b8 J2 ]& Z! bCD/DVD(信息记录的金属膜)。 ' T8 G: \( z1 K7 y. E$ A! P4 `
半导体(电路、各种传感器)。 0 F7 ]5 O- V3 B7 ^# e& T2 ]+ p6 c
磁头。 - f; s. O) R) Q2 u
打印机头部。
- x% ]& N# b+ u4 m# z6 M液晶(透明电极部分)。
( e/ T, Y5 m2 C有机EL表示装置(透明电极部分)。
+ G" u- w/ ?- ]% B高辉度光电管。 " T5 ?) I3 e t& u r$ O/ b
电子显微镜样品制作。
h* }5 B3 O+ ]光触媒薄膜。 * S: A4 b( y5 d$ J
表面分析(利用溅射的切削作用)。
; E; [1 V5 Q$ U/ t, z$ U3 C形状记忆合金薄膜。
9 t" X. [$ J6 o塑料或玻璃的电子屏蔽膜。 |
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发表于 2009-3-4 12:39:18
