磁控溅射镀膜技术.ppt

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1、磁控溅射镀膜技术1概述2溅射镀膜的基本原理3磁控溅射目录

2、CONTENT一、概述1.定义溅射镀膜是利用气体放电产生的正离子在电场作用下高速轰击阴极靶，使靶材中的原子（或分子）逸出而淀积到被镀衬底（或工件）的表面，形成所需要的薄膜。2.特点（与真空蒸发镀膜相比）（1）可以溅射任何物质；（2）溅射薄膜与衬底的附着性好；（3）溅射镀膜的密度高、针孔少，膜层纯度高；（4）膜层厚度可控性和重复性好。溅射镀膜的缺点：溅射设备复杂，需要高压装置；溅射沉积的成膜速度低；基片温度较高；易受杂质气体影响等。二、溅射镀膜的基本原理溅射镀膜基于高能离子轰击靶

3、材时的溅射效应，整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础上，即溅射离子都来源于气体放电。放电方式：（1）直流溅射——直流辉光放电（2）射频溅射——射频辉光放电（3）磁控溅射——环状磁场控制下的辉光放电二、溅射镀膜的基本原理（一）直流辉光放电：直流辉光放电是在真空度约1～10Pa的稀薄气体中，两个电极之间在一定电压下产生的一种气体放电现象。气体放电时，两电极之间的电压和电流的关系复杂，不能用欧姆定律描述。二、溅射镀膜的基本原理二、溅射镀膜的基本原理二、溅射镀膜的基本原理由巴邢定律知，在气体成分和电极材料一定的情况下，起辉电压V只与气体压强P

4、和电极距离d的乘积有关。二、溅射镀膜的基本原理二、溅射镀膜的基本原理二、溅射镀膜的基本原理常压气体高温下放电二、溅射镀膜的基本原理（一）直流辉光放电：7.辉光的产生众多的电子、原子碰撞导致原子中的轨道电子受激跃迁到高能态，而后又衰变到基态并发射光子，大量的光子形成辉光。对于一对平行平板放电电极，当电源功率增加，形成辉光放电时，阴阳两极间明暗光区的分布情况，以及暗区和亮区对应的电位、场强、空间电荷和光强分布，如下图所示。二、溅射镀膜的基本原理（一）直流辉光放电：（1）阿斯顿暗区：冷阴极发射的电子能量很低，约1eV左右，很难与气体发生碰撞

5、电离，所以在阴极附近形成一个黑暗的区域，称为阿斯顿暗区。使用氩、氖之类气体时这个暗区很明显。对于其它气体，这个暗区很窄，难以观察到。二、溅射镀膜的基本原理（一）直流辉光放电：（2）阴极辉光区：电子通过阿斯顿暗区后，在电场的作用下获得了足够的能量，与气体发生碰撞，使气体分子被激发，而后又衰变到基态并放出辉光，形成阴极辉光区。（3）克鲁克斯暗区：随电子加速获足够能量，穿过阴极辉光区时与正离子不易发生复合，从而形成又一个暗区，叫做克鲁克斯暗区。暗区的宽度与电子的平均自由程有关。二、溅射镀膜的基本原理（一）直流辉光放电：（4）负辉光区（辉光最

6、强）：随着电子速度增大，很快获得了足以引起电离的能量，于是离开阴极暗区后使大量气体电离，产生大量的正离子。正离子移动速度慢，产生积聚，电位升高；与阴极之间的电位差成为阴极压降。电子在高浓度正离子积聚区经过碰撞速度降低，与正离子复合几率增加，形成明亮的负辉光区。靶材的位置二、溅射镀膜的基本原理（一）直流辉光放电：（5）法拉第暗区：经过负辉光区后，大多数动能较大的电子因碰撞都已丧失了能量，少数电子穿过负辉光区，形成暗区。（6）正离子柱：法拉第暗区过后，少数电子逐渐加速，并使气体电离；由于电子较少，产生的正离子不会形成密集的空间电荷。此区域

7、电压降很小，类似一个良导体。二、溅射镀膜的基本原理（一）直流辉光放电：8.常用气体辉光放电各区域颜色气体种类阴极光层负辉区正柱区空气桃色兰色桃红色红褐色淡兰色桃色桃色兰色桃色红色黄白色淡黄色有桃色中心红色绿色红发紫桃色暗兰色暗紫色黄色橙色橙红色绿色绿色绿色二、溅射镀膜的基本原理二、溅射镀膜的基本原理（三）溅射参数：溅射阀值溅射率及其影响因素溅射粒子的速度和能量分布溅射原子的角度分布二、溅射镀膜的基本原理（三）溅射参数：1.溅射阀值溅射阈值是指使靶材原子发生溅射的入射离子所必须的最小能量，主要取决于靶材料。对绝大多数金属靶材，溅射阈值为

8、10~30eV二、溅射镀膜的基本原理溅射率与靶材料种类的关系可用周期律来说明。相同条件下，同种离子轰击不同元素的靶材料，得到的溅射率不同。溅射率呈周期性变化，随靶材料元素的原子序数的增大而增加。二、溅射镀膜的基本原理二、溅射镀膜的基本原理（三）溅射参数：（3）入射离子种类：入射离子的原子量越大，溅射率就越高;溅射率随入射离子的Z周期性变化而变。同一周期中凡闭合电子壳层的元素溅射率最大，所以惰性气体的溅射率最高。二、溅射镀膜的基本原理二、溅射镀膜的基本原理（三）溅射参数：（5）靶材温度：靶材存在与升华相关的某一温度。低于此温度时，溅射率

9、几乎不变；高于此温度时，溅射率急剧增加。除此之外，还与靶的结构和靶材的结晶取向、表面形貌、溅射压强等因素有关二、溅射镀膜的基本原理（三）溅射参数：3.溅射原子的能量和速度不同靶材具有不同的原子逸出能量；入射离子种类和能量