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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)。
- j; H3 @- _5 f/ W0 x 溅射成膜法的特征
! H- T: F! o& A6 u
" e9 i3 f5 o# C# w6 ?1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
8 ]( F; z" a* V: R# U7 S+ ]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。 6 g, R: e$ U4 Y0 `: A Y- P
3：高熔点材料也可以成膜。 , a6 D0 ~! D# O
4：成膜厚度容易控制。
' n+ e3 ^4 \+ n' s5：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。
/ E9 U, S/ C5 O; l6：可以大面积均匀成膜。
$ s n# b0 |+ U" M. M$ I7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。
, @5 y4 R. [1 z 溅射成膜方式 : q5 `* p: ]) |5 a) { p/ I8 _* Q
一、 DC溅射成膜( P# N3 U" L6 G, z! x9 _" z
原理
$ m O0 L! ?2 W% V) q) z! w; d! X% a' F s* F1 }: ?$ q& A" c) ?
1：成膜基板和膜靶材近距离配置。 5 O l# V, {0 I1 y% t
2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
$ v o! x; S, h, G/ N3：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。 & C d' M6 k, ^2 L1 O4 z+ S. h7 Y
4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。
6 [/ j8 P% }; K F5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。
3 U% G2 O) a9 Q; i 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 x+ S, V. E* s: y* N- O& X
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。
0 X. N. r! u! e- u% L 7 P+ a5 I8 U5 b1 d0 y
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。 / ~# q( x# ~+ L" l5 \
& u4 D' g. |+ F2 q" |* w
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。 5 J" K, i0 L# I2 ^
8 W/ e9 t1 s# e6 o0 \7 {
二、RF溅射$ B3 H0 K9 M$ P! \; l: p( u- J
原理
* {% K. ]4 D: e- C8 M; d0 o3 B7 c* M# V. s( ^& R( H
1：靶和成膜基板近距离配置。
3 m8 b5 _" P j( \+ g2：真空腔体和靶之间加高频率电压。 4 y$ ~1 r6 N/ }3 ~" f: O- w% `; {
3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。 ( j" a- T# ~: B1 k% e0 F6 M
4：因为电子比离子轻，容易移动。 2 e% w% @! R ~" u
5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。
9 n% F6 h3 X/ 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。9 e2 G; J2 w4 _4 M8 W9 q4 o
# ]& @# `( i `
三、磁控溅射
4 a" Z8 n* m* J' Z& X 原理
) O- b2 }% c& q R
" ^7 z* L; e9 P6 ^1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。 7 b8 s8 u+ J8 ^( K$ L
2：加高电压之后诱发溅射。
- u3 ^7 E' i$ H+ p+ G; u3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
: G+ a8 H( H5 L) 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。 4 ^1 o$ K" L4 p
* g9 c# P4 p8 r# C7 s
特征
+ u$ ?" G, A& W. Z# [. \
2 P7 u2 {; Y9 Q+ x$ Q* t4 p2 V1、也可使用高频电源。
/ u" M* b1 N4 @' b' {2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。 ! G! s4 w* H8 h. a# i
3、溅射量大。$ ]5 L2 _, p) D9 v+ |! b) F
) I/ v3 Z, M9 Y) _6 ^* S
缺点 & j" z& y/ @9 ]1 }
' p9 S1 E* T8 F% g 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)。 ( x4 h" @: [$ t0 v( J# U( b. K
四、离子束溅射
, U- x- K. c7 Y9 f% Y 这是唯一一种不用放电的溅射方法。
/ n6 Q7 ^6 d$ V* h. m 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& d; q+ A: A1 ~" A! B/ g
5 H+ ~8 A$ r- V8 H- 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。5 T9 ~' n" K, a
, V/ N/ k1 L! ^. f/ [% f
(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。)
! Y! F" L" {, P# F5 l1 g: {8 C, x 特征
0 A2 g- e) x* W1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。
: c6 x/ _: g3 ^6 H2、离子源独立存在、单独设定容易。 . \- C8 ^4 g# {; ^! I1 w
3、靶材不需要导电性。
! d7 g7 k3 I7 e1 N# y 缺点
. `8 ^: L; G0 h: W% K0 {6 K0 l1、设备复杂、昂贵。 $ D$ C `" Y5 T. u* s; L& _; v+ q
2、成膜速度慢。
, G% N, j$ D" B6 P6 l3 \2 d, C% q; l' u0 X9 t# V8 X
溅射成膜设备的构成
5 N0 |: l6 ?( ]( x' J; N1 i* E7 M2 f* z: M# Y
除了离子束溅射之外、设备基本构成如下:% s- I* ?/ c1 o0 g5 g
1、真空腔体(气体导入口、基板和靶出入口等)。 ! ]5 ~6 k1 r" w# A
2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。
. ^! C" h" T4 B) ~1 E1 q% e) w% Q3、成膜基板台。 % I" J. I) y" {8 _0 V2 k4 x
4、靶台。 9 x% m" G& b+ n f3 g
5、电源(高频电源、高压电源)。
" U" ~4 g6 ]9 \6、控制系统。
. L6 m9 j) P8 F5 X6 L9 h2 n! h+ [
溅射利用法
/ Z4 z3 `6 Z) v3 Y. _ Z
" Y$ ?5 Y. d7 d磁气记录媒体。
& H8 ?/ e" O) _1 H: z, eCD/DVD(信息记录的金属膜)。 & ?) n [+ T. N; h) E
半导体(电路、各种传感器)。
, L3 ^+ @! j3 ~9 J磁头。
$ Y% m+ m! P+ Q7 o1 [+ m; g4 b打印机头部。
0 o1 ]1 t# r+ n3 Y% D9 m液晶(透明电极部分)。 - I% _* S+ D8 h
有机EL表示装置(透明电极部分)。
1 J* e/ o$ C" c6 W; U高辉度光电管。
7 }- I" r7 c6 e. ?5 @: \, C电子显微镜样品制作。 - X" q* S$ f7 F2 @6 i
光触媒薄膜。
! @* e2 M. {, R- Y表面分析(利用溅射的切削作用)。 / m0 ^% P! f3 `- k, H" m; N
形状记忆合金薄膜。
' e0 h$ r) |# u- n! ?塑料或玻璃的电子屏蔽膜。 |
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发表于 2009-3-4 12:39:18
