第三章溅射镀膜ppt课件.ppt

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1、第三章溅射镀膜技术溅射现象是一百多年前格洛夫（Grove）发现的。溅射是指荷能粒子轰击固体表面（靶），使固体原子或者分子从表面射出的现象。溅射原子轰击出来的粒子大多数呈原子状态荷能粒子电子、离子（入射离子）或中性粒子溅射可以镀膜，也可以进行刻蚀。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。目前已广泛应用于制备金属、合金、半导体、氧化物、绝缘介质、化合物半导体、碳化物、氮化物及超导薄膜。☀溅射镀膜的特点

2、☀溅射的基本原理辉光放电、溅射特性、溅射镀膜过程、溅射机理☀溅射镀膜的类型二极溅射、偏压溅射、三极或四极溅射、射频溅射、磁控溅射、对向靶溅射、反应溅射、离子束溅射☀溅射镀膜厚度的均匀性本章主要内容3.1溅射镀膜的特点溅射镀膜与真空镀膜相比，有如下特点：任何物质都可以溅射，尤其是高熔点金属、低蒸气压元素和化合物；金属、半导体、绝缘体等，块状、颗粒状组分相近的、均匀的合金膜、化合物膜、成分复杂的超导膜组分完全不同化合物薄膜溅射薄膜与衬底的附着性好；溅射原子的能量较高，高能粒子淀积在基板上进行能量交换，

3、产生较高的热能，增加了溅射原子与基板的附着力；溅射原子会产生注入现象，在基板上产生伪扩散层；基板始终处于等离子区中被清洗和激活，不牢固的淀积原子被清除，净化且活化基板表面。溅射镀膜的密度高、针孔少，膜层纯度高；膜层厚度可控性和重复性好。溅射镀膜时的放电电流和靶电流可以分别控制，通过控制靶电流可以控制膜厚。溅射镀膜的缺点：溅射设备复杂，需要高压装置；成膜速率较低（0.01-0.5m）。3.2溅射的基本原理——辉光放电溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础上，

4、即溅射离子都来源于气体放电。放电方式：直流二极溅射——直流辉光放电三极溅射——热阴极支持的辉光放电射频溅射——射频辉光放电磁控溅射——环状磁场控制下的辉光放电★辉光放电直流辉光放电辉光放电是在真空度约10～1Pa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。3.2溅射的基本原理——辉光放电无光放电区（AB）由于宇宙射线产生的游离离子和电子，当在两极间加上直流电压，游离离子和电子在直流电压作用下运动形成电流，10-16

5、-10-14A。由于此区域导电但不发光，因此称为无光放电区。自然游离的离子和电子是有限的，所以随电压增加，电流变化很小。3.2溅射的基本原理——辉光放电3.2溅射的基本原理——辉光放电汤森放电区（BC）随电压升高，电子运动速度逐渐加快，由于碰撞使气体分子开始产生电离，电离为正离子和电子，再被电场加速，再电离，使电流平稳地增加。于是在伏-安特性曲线出现汤森放电区。由于受到电源的高输出阻抗限制，电压呈一常数。电流可在电压不变的情况下增大。上述两种情况都以自然电离源为前提，且导电而不发光。因此，称为非自

6、持放电。3.2溅射的基本原理——辉光放电过渡区CD过C点后，发生“雪崩点火”，离子轰击阴极，产生二次电子，二次电子与中性气体分子发生碰撞，产生更多的离子，离子再轰击阴极，阴极产生更多的二次电子，大量的离子和电子产生后，放电达到自持，气体被击穿，开始起辉，两极间电流剧增，电压迅速降低，放电呈现负阻现象。3.2溅射的基本原理——辉光放电正常辉光放电区（DE）继续增加电源功率，在D点以后，电流平稳增加，电压维持不变，此时两极板间出现辉光。DE区域叫做正常辉光放电区。在此区域，放电自动调整阴极轰击面积。开

7、始轰击不均匀，主要集中在靠近阴极边缘上，或在表面其他不规则处。随着功率不断增大，轰击区逐渐扩大，直到阴极面上电流密度几乎均匀为止。正常辉光放电区DED点之后，电流与电压无关，即增大电源功率时，电压不变，电流平稳增加，此时两极板间出现辉光。在此区域，放电自动调整阴极轰击面积。最初轰击不均匀，主要集中在靠近阴极边缘处，或在表面其它不规则处。随着电源功率增大，轰击面积逐渐扩大，直到阴极面上电流密度几乎均匀为止。这时电子和正离子来源于电子的碰撞和正离子的轰击，即使自然游离源不存在，导电也能继续。电流与电压

8、无关（与辉光覆盖面积有关）电流密度的大小与阴极材料、气体压强和种类，阴极的形状有关。电流密度不高（溅射选择非正常放电区）3.2溅射的基本原理——辉光放电异常辉光放电区（EF）当轰击覆盖住整个阴极表面之后，进一步增加功率，放电电压和电流同时增加，进入非正常辉光放电。特点：电流增大时，放电电极间电压升高，且阴极电压降与电流密度和气体压强有关。阴极表面情况：此时辉光布满整个阴极，离子层已无法向四周扩散，正离子层向阴极靠拢，距离缩短。此时若想提高电流密度，必须增加阴极压降，使正离子有更大的