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)。
1 \+ i2 f* ~1 H& o/ {) h. I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。
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。
3：高熔点材料也可以成膜。
' O3 r' \/ b- W& p4：成膜厚度容易控制。
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。
6：可以大面积均匀成膜。
1 f. |* o' g4 p7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。
( D( G$ I5 I' v1 V, ~
1 F) [3 f4 C; I溅射成膜方式
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% E: i9 }+ ~! I7 Z% Y
一、　DC溅射成膜
4 a3 E& R+ S/ g3 `. K! S　　原理

; }2 \6 [6 d  a. ?( j2 `: H0 I$ n1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
: G# w  f- @6 l3 x- U+ L2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
# O! S+ v/ v- d- H5 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。
4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。
2 v, [/ [. A9 r- |  i: C% [5：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。
   
    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。

, t# X  S* X0 h5 i, v& D' ?    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。
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4 e! q/ w  R& `; P9 }7 o二、RF溅射
9 }5 d  c; B. I1 V( `/ T$ y5 I    原理

1：靶和成膜基板近距离配置。
" m9 e6 S; o! f+ l: j. I* X2：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。
4：因为电子比离子轻，容易移动。
/ w# |) q) o5 o: ^5 b1 s- H- S5 s5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。
( T+ j6 L) G- J6：高密度的电子使靶带有负电、会吸引更多的阳离子撞击靶。

. Q: q# h, }! Y- t) a& I9 z三、磁控溅射
    原理

1：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。
3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
4 g" W: k7 |5 R: T# ^4：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

4 S7 ~9 w9 B) F* n2 N1、也可使用高频电源。
2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。
: c; h: Q4 X! c! [* Y1 ~, S+ E/ J3、溅射量大。
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  　缺点
1 f; u- t: L5 K; T" @2 D　　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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四、离子束溅射
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这是唯一一种不用放电的溅射方法。
+ `5 p* ~5 W, m7 o      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。

      (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。
2、离子源独立存在、单独设定容易。
3、靶材不需要导电性。
4 z; [6 r7 i5 j$ [* l0 o
3 N0 F! R/ B$ n3 o9 v+ ~% \* k( W缺点
1、设备复杂、昂贵。
2、成膜速度慢。

. `& F7 n! v+ `! a$ k3 ?
4 n+ s- A0 O8 ^( E1 k0 V溅射成膜设备的构成
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, W1 O  I+ s* [& |+ }- p' b
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、靶台。
3 y7 H" g' y0 X- c1 S6 Z: r5、电源(高频电源、高压电源)。
  H; t* M7 R6 G4 X6、控制系统。

溅射利用法
8 j0 C1 P6 i  ]3 L" r" v7 e磁气记录媒体。
CD/DVD(信息记录的金属膜)。
半导体(电路、各种传感器)。
1 u% K) N/ ]3 {  I8 ?  F( G$ `6 ~磁头。
打印机头部。
3 q! D* k% q. k( r" [7 F. B液晶(透明电极部分)。
有机EL表示装置(透明电极部分)。
高辉度光电管。
电子显微镜样品制作。
光触媒薄膜。
' u3 I2 P" z) I" D表面分析(利用溅射的切削作用)。
0 z  W/ T) u. G4 j1 z/ Z形状记忆合金薄膜。
0 k4 a7 O6 t4 W塑料或玻璃的电子屏蔽膜。