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)。
' ^/ k2 @) u$ \- K# W* p  N溅射成膜法的特征
0 q/ r' A  H, }. e1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
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。
' {2 y$ U. v8 q' `; C) S- ^3：高熔点材料也可以成膜。
$ h9 X; I2 }4 S" U4：成膜厚度容易控制。
. Q7 i9 L/ ~* q" R. x5 E; |% ?9 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。
  [+ P* Z7 K3 S7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。

0 c  @+ t$ K% Z. M, r: k溅射成膜方式
% p6 y- @# |! R7 M

一、　DC溅射成膜
0 o3 c2 q1 _& E) T　　原理
* g" C$ {4 I) f4 A
1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
3 ~8 d7 g  }( o% t; \2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
2 ?4 ]0 r% J/ C1 o6 k) ^4 ?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。
5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。

0 g/ [0 M8 F5 `7 h( ?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:
+ }5 H( _& O/ \* s! C: |8 X7 Q( y    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。
" C- {5 u& C0 G, ^7 Z: j   
    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。

" Z2 F7 U9 C9 |    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。
+ }4 B$ [' h, G$ i% I6 B
& _4 Z& b+ q/ J5 ^- x$ }+ Q二、RF溅射
    原理
) e5 u- F/ [/ S" T& Z+ r, W: q
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。
( H& o! u# |% P/ D7 l) l; z* P3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。
4 t" x# L# \2 c4：因为电子比离子轻，容易移动。
5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。
6：高密度的电子使靶带有负电、会吸引更多的阳离子撞击靶。

2 W0 }" o; B4 S
三、磁控溅射
    原理

; d3 m8 ?& S6 g! [2 g1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。
7 h0 X7 O- n- t- {1 P% z: `2 q* U2：加高电压之后诱发溅射。
5 a$ H  a9 j5 x1 Q4 p3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
1 @) }; T- d; ~. S5 \, r4：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。

　　特征

* q, h5 O9 r5 f& Q# _- x1、也可使用高频电源。
8 B" g1 u$ u! e7 U' H; i6 M9 Z2、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。
% ]" [( ?8 H/ |6 |
  　缺点
/ B* `5 ~6 n9 h0 I9 G2 y. ]6 E　　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)。
% X2 V9 C% ~: \/ B- J( Y: t
5 M1 S2 i  A3 b* c# B8 e四、离子束溅射

7 D0 d% K! h- ~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

      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。
3 I6 z) C3 Q& j$ k4 A/ j
' s% C5 a4 N" o5 h. j+ P7 K      (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
1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。
# M/ W# e3 t, {2、离子源独立存在、单独设定容易。
. Z3 y1 h" ~; E, R; h( X. Z. Y3、靶材不需要导电性。

  i- U9 [- H2 C3 R' F: J% R缺点
1、设备复杂、昂贵。
5 j% ]( E6 e: v/ @, R2、成膜速度慢。
- K( m: z5 b- d* A6 a+ u, j$ W# a

& Q# H3 H- p& S3 v# r0 F4 S7 k: I溅射成膜设备的构成
. [( j9 D0 _5 v5 t

9 ~, l' y, H- L$ t; o4 ~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)。
& K. q$ u$ R3 t3 M) ~2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。
$ A% E. g  k0 r+ F1 x3 S3、成膜基板台。
4、靶台。
5、电源(高频电源、高压电源)。
9 V/ q: e' \$ W3 W, C6、控制系统。

' x( {6 \3 ?& ?8 C溅射利用法
磁气记录媒体。
) R7 _3 Z# Q1 `% p  P: nCD/DVD(信息记录的金属膜)。
% i, G8 \; F6 h! Z9 t半导体(电路、各种传感器)。
; L* L! b+ I, ]6 @$ Q- |磁头。
# f3 B; l/ }$ q" b3 w打印机头部。
6 X( c2 }, _: N+ I) Z! i7 B液晶(透明电极部分)。
有机EL表示装置(透明电极部分)。
$ k4 [0 C$ s1 q高辉度光电管。
电子显微镜样品制作。
光触媒薄膜。
! g3 d: V( x2 ?9 e5 X% x. B: g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。