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)。
7 r2 O9 m$ e) W* r/ l: Q3 e. s4 ^  y溅射成膜法的特征
& l: a/ t+ }" e/ R& z9 E1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
: @* C! N9 b: y  U2 h, _) i5 a2：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。
4：成膜厚度容易控制。
0 Z( P7 n3 I7 I5：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。
4 }- `; y" r2 O% _. E9 `7 p# Z" m: T" D6：可以大面积均匀成膜。
4 ~1 Q$ y- F) @# K$ H# h7：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


) ~; |5 T' Q5 J. A一、　DC溅射成膜
: ~/ z/ [; N% E' @9 ^- M2 j' F$ Q　　原理

1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
: _9 E% u. c6 e" ]8 k! C2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
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。
1 K, ~  a( }: w# A% A% J; A4：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。

1 B& O2 r! z6 n: E, d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:
: }$ i4 v2 |+ U5 j0 K% i) U    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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7 J* {4 e+ Z7 x# t) F% 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。
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    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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二、RF溅射
    原理
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& l  [" n  x/ C/ Q3 ~- k# N1：靶和成膜基板近距离配置。
  z8 Q! q1 C+ k7 N0 z2：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。
1 k* T+ z, E1 R5 C' j# K* z4 J5：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。

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* H5 ^! A' u/ L/ w三、磁控溅射
0 |+ X  R: I+ ?    原理
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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：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。

5 Y7 f: ^% W+ M　　特征
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1、也可使用高频电源。
! h% v/ t: _( L2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。
; e: l3 N% ?7 m6 a7 i. W& X  u3 z3、溅射量大。
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  　缺点
　　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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- K) ^- z- n$ k% U) S0 U; R四、离子束溅射
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" l9 g( q- h3 E+ J+ B* A+ g这是唯一一种不用放电的溅射方法。
" w% N' X6 U4 A7 e. C      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
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      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。
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      (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
" C2 E! ?$ z8 e1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。
% O, |9 K1 H* U! @1 W2、离子源独立存在、单独设定容易。
: f# ~$ u! A8 D! _3、靶材不需要导电性。
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) W( @- f8 P. S  d& V缺点
1、设备复杂、昂贵。
3 `5 D. A* Y  y4 _9 Z- w2、成膜速度慢。


溅射成膜设备的构成


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。
5、电源(高频电源、高压电源)。
2 ?) O9 x2 r& a1 R7 ?9 L6、控制系统。

7 s/ g- F0 D  Q6 f5 M$ y溅射利用法
磁气记录媒体。
9 J- L+ i  {0 yCD/DVD(信息记录的金属膜)。
/ m) W( ~% ]1 t  [; x6 R半导体(电路、各种传感器)。
磁头。
% ?0 u8 ?1 |- I; _* T打印机头部。
液晶(透明电极部分)。
9 Q7 {* A3 W8 u6 M5 V5 v$ ~5 R有机EL表示装置(透明电极部分)。
. p4 x; p! a5 o( l- n" S' _高辉度光电管。
  a3 T/ R+ Y5 E$ M+ y: L电子显微镜样品制作。
光触媒薄膜。
$ E3 e8 w& U  x2 _! v* O表面分析(利用溅射的切削作用)。
形状记忆合金薄膜。
  _  S4 R2 U' [7 r塑料或玻璃的电子屏蔽膜。