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)。
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。
! z% n, N" [( C7 L% o0 X+ t' n2：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。
% N  ~/ h# r( X5：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。
7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。
0 N9 v* M' Z( B* ]
) n& F- w9 O( s. M溅射成膜方式

5 ^8 }3 i' w, f" m1 ~
一、　DC溅射成膜
　　原理

1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
5 ~( g0 s1 S' H2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
- n/ _0 v4 D3 i/ P9 I$ |" p3：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。
% y8 U8 k# I4 [* H4：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。

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 Y0 K# H/ y9 y/ ^9 O8 C# 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。
1 u# p$ B. b! R0 ]+ `$ A   
. x( R  I8 l4 p1 E    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。

    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。

1 ], W8 K- [' e5 ^二、RF溅射
    原理

* a- e+ H! P, _# p$ d2 ~: j1：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。
3 g- ?8 N  u9 A6 k- h0 \6 `4 t3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。
4 c+ i% y5 J0 i! S# }4：因为电子比离子轻，容易移动。
2 Q: ]2 i- u, }% q9 f5 p5：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。

3 ]3 y( E. H  J1 C/ j
! w& L9 v, k1 f2 V- T' k三、磁控溅射
, \) Z$ `/ b0 k& n" R# v' b    原理
4 D0 T# p/ [# R$ x/ e
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。
/ T3 M, T$ p9 S6 O% N1 M1 A2 x% D4 ]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。

* o; x# `$ H) p: X　　特征
4 G. Y3 p+ r, S  V5 B. B- ^  a4 w
1、也可使用高频电源。
% {6 T8 k3 L2 T2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。
7 x4 w3 Z: U, E6 ^. m/ w; n' ~# c3、溅射量大。
+ d, C6 M0 q1 x) a. ~
) j3 o( Y6 O& c. g# u; U( @  　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)。
- ]& ]' p0 k! w0 f% `
四、离子束溅射

6 `% w" F  n6 |( D4 ]这是唯一一种不用放电的溅射方法。
( x) t0 N2 Y+ n+ g      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
! w$ ^( Z& `/ ^. z8 A1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。
/ Y1 H  A: i  G: ]% y0 K2、离子源独立存在、单独设定容易。
3、靶材不需要导电性。

缺点
, h6 R0 t1 ]4 X: [  o: q) a+ N1、设备复杂、昂贵。
+ K  `) H, O# u! O: n2、成膜速度慢。
) P% m# t* J" b2 i, `. Z: P/ s5 a4 U

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。
+ \  p  {7 i6 q+ y7 H- N4、靶台。
5、电源(高频电源、高压电源)。
7 u5 Z* m/ E& U- h7 ^: v" X6、控制系统。

溅射利用法
磁气记录媒体。
CD/DVD(信息记录的金属膜)。
/ ~6 ]/ ]& p( a* L6 ~半导体(电路、各种传感器)。
( O9 c5 o" U+ n: R/ j磁头。
打印机头部。
液晶(透明电极部分)。
4 }( p* c) x, @1 j有机EL表示装置(透明电极部分)。
1 U/ E4 n- a. E( d% d1 ^5 T高辉度光电管。
电子显微镜样品制作。
光触媒薄膜。
% f& e, y& j; S% p表面分析(利用溅射的切削作用)。
/ ], r: |' G0 q$ P' D形状记忆合金薄膜。
塑料或玻璃的电子屏蔽膜。