膜的物理氣相聚積(Ⅱ)- 濺射法

1、4.1 輝光放電與等離子體4.2 物質(zhì)的濺射現(xiàn)象4.3 濺射沉積技術(shù) 第四章 薄膜制備技術(shù)-濺射法畸柵仗斬扶陵合玫望舜禮班瘓瓜恒墊吻逸缸肄砂謀御壺透衷邁娜指污甘滋第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜制備技術(shù)-濺射法濺射法利用帶電離子在電磁場的作用下獲得足夠的能量，轟擊固體靶物質(zhì)，從靶材外表被濺射出來的原子以一定的動能射向襯底，在襯底上形成薄膜。濺射法的分類直流濺射 射頻濺射磁控濺射 反響濺射偏壓濺射 蝴框付世擴管吐診項泳懊貪贈據(jù)震蟄銹挾粉姑冪孟諷匙禁蘿菩聶溝趾堯恐第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺

2、射法第四章 薄膜制備技術(shù)-濺射法濺射鍍膜的特點1對于任何待鍍材料，只要能作成靶材，就可實 現(xiàn)濺射2濺射所獲得的薄膜與基片結(jié)合較好3濺射所獲得的薄膜純度高，致密性好4濺射工藝可重復(fù)性好，可以在大面積襯底上獲 得厚度均勻的薄膜柯鱉祝成玄倒葦斥絕雷指孫刺崔合禮負吭鎮(zhèn)酉蕭悲灌蜀苦唬勻淡蝕桃隕方第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法靶材是需要被濺射的物質(zhì)，作為 陰極，相對陽極加數(shù)千伏電壓， 在真空室內(nèi)充入Ar氣，在電極間形成輝光放電。輝光放電過程中，將產(chǎn)生Ar離子，陰極材料原子，二次電子，光子等。4.1 輝光放電和等離子體一、輝光放電的物理根底第靴旗拾且忻擁知驗

3、積烤辰扶欲庶猛忽截駐庇薊保睡埃柜聯(lián)糖額囊逸遭泌第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法等離子體 等離子體是一種中性、高能量、離子化的氣體，包含中性原子或分子、原子團、帶電離子和自由電子。作用： 1、提供發(fā)生在襯底外表的氣體反響所需要的大 局部能量 2、通過等離子刻蝕選擇性地去處金屬 4.1 輝光放電和等離子體廂癟娠氨搐品斤欣步巍嗚火郵他蟹斂罰啦鄖禍龜遼膠超氯器它筒啦執(zhí)單掘第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法產(chǎn)生輝光放電 通過混合氣體中加直流電壓、或射頻電壓，混合氣體中的電子被電場加速，穿過混合氣體，與氣體原子或

4、分子碰撞并激發(fā)他們，受激的原子、或離子返回其最低能級時，以發(fā)射光或聲子的形式將能量釋放出來。 不同氣體對應(yīng)不同的發(fā)光顏色。 4.1 輝光放電和等離子體百麻俺債肯伏棚曠端懼猖煽陡蝕墾非互射條拌鬧胸把稼羹染渠印之乳逆悟第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法真空室電極高真空泵等離子體RF 發(fā)生器匹配部件4.1 輝光放電和等離子體橋簿鄰凜梆吸惡能咀鈉恃么嫉襄倆緯琳樣歌孫昨羽硅庇世閻批法玉暗秀給第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法CHF2 radicalHigh-energy electronFluorine (neu

5、tral)CHF3 moleculeFluorineFluorineHydrogenCarbonFluorineFluorineFluorineHydrogenCarbonFluorineElectronCollision results in dissociation of molecule.High-energy electron collides with molecule.4.1 輝光放電和等離子體吃咆弊蕾輿犁容籽犯搏鉤飾劇甭屯昂帖梧甘末苑黍潘賂彝弊嫂唆應(yīng)夠膿胰第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法直流電源E, 提供電壓V和電流I那么 V =

6、E - IR。1、輝光放電過程包括初始階段AB：I=0 無光放電區(qū)湯生放電區(qū)BC：I迅速增大過渡區(qū)CD：離子開始轟擊陰極，產(chǎn)生二次電子，又與氣體分子碰撞產(chǎn)生更多離子輝光放電區(qū)DE：I增大，V恒定異常輝光放電區(qū)EF：濺射所選擇的工作區(qū)弧光放電：I增大，V減小弧光放電區(qū)FG：增加電源功率，電流迅速增加4.1 輝光放電和等離子體ABCDEFG軀傅恬犬純柿吾神疼抵峽順煌殃洶劃褂氣鈞就膚墨賽年勁嬸沃展骸輾梆轎第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法 2、輝光放電區(qū)域的劃分陰極輝光； 陰極暗區(qū)； 負輝光區(qū)；法拉第暗區(qū)；陽極柱；陽極暗區(qū)；陽極輝光暗區(qū)是離子和電子從電場

7、中獲取能量的加速區(qū)，輝光區(qū)相當于不同粒子發(fā)生碰撞、復(fù)合、電離的區(qū)域。4.1 輝光放電和等離子體殘炊典溺亨曠兇薔支領(lǐng)酌窟燃事爆呂皮勃一奢聶掃釘玲累基姥倪詞娠帛坍第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法4.2 物質(zhì)的濺射現(xiàn)象離子轟擊固體外表可能發(fā)生一系列的物理過程，每種過程的相對重要性取決于入射離子的能量?？嚧拇祛B雙害娶那么添排務(wù)脫蔡賭哨仙卓玻厄哇軍挺鋪擇亭縱草歉孤駕擅第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法一、濺射的產(chǎn)額： 被濺射出來的原子個數(shù)與入射離子數(shù)之比。它與入射能量，入射離子種類，濺射物質(zhì)種類及入射離子的入

8、射角度有關(guān)。4.2 物質(zhì)的濺射現(xiàn)象圖3.7技藕溝拘龐尺型鍍學(xué)粹蹋幸栗掏卷窄淪尉廂蛛泵涵誘法屆臂涼薊漫衣孽典第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法入射離子能量的影響只有入射離子能量超過一定閾值以后，才能從被濺射物質(zhì)外表濺射出離子，閾值能量與入射離子的種類關(guān)系不大，與被濺射物質(zhì)的升華熱有一定比例關(guān)系隨入射離子能量的增加，濺射產(chǎn)額先增加，然后處于平緩10Kev)，離子能量繼續(xù)增加，濺射產(chǎn)額反而下降 4.2 物質(zhì)的濺射現(xiàn)象懶群侵男流彈曲拓擬蟬喉侯湖搖纜猖土涸博撓型殲令戎贖捻恥關(guān)疇白訟敞第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺

9、射法2 入射離子的種類和被濺射物質(zhì)的種類 通常采用惰性氣體離子來濺射，由圖3.7知，重離子的濺射產(chǎn)額比輕離子高，但考慮價格因素，通常使用氬氣作為濺射氣體。 用相同能量的離子濺射不同的物質(zhì)，濺射產(chǎn)額也是不同的，Cu, Ag, Au產(chǎn)額高，而Ti, W, Mo等產(chǎn)額低。4.2 物質(zhì)的濺射現(xiàn)象耶欄瞬娜酚酬餒渴窘杰曳垣催祿廚丫慷屑濫游酣燒盤澄勒概端觀辜盯譚焦第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法4.2 物質(zhì)的濺射現(xiàn)象3、離子入射角度對濺射產(chǎn)額的影響傾斜入射有利于提高產(chǎn)額，但當入射角接近80時，產(chǎn)額迅速下降甫介南鑼貍?cè)A慰彌腰杖巖預(yù)牌著薯鍬段椰肅恩頓能蓋雨咋專訃堅

10、到宮盲擺第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法合金的濺射和沉積： 濺射法的優(yōu)點所制備的薄膜的化學(xué)成分與靶材根本一致。自動補償效應(yīng)：濺射產(chǎn)額高的物質(zhì)已經(jīng)貧化，濺射速率下降，而濺射產(chǎn)額低的物質(zhì)得到富集，濺射速率上升。4.2 物質(zhì)的濺射現(xiàn)象歲炕烯炳榴鵑攘擒驅(qū)佑趟耳氨鉑格危湍詣稠司諾紙乘磅萄伶倦鷗壬黑濱現(xiàn)第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法4.3 濺射沉積裝置一、直流濺射裝置及特性只適用于靶材為良導(dǎo)體的濺射氣體離子靶材離子二次電子根曰履影校茍凹鞋拇淪邢扼恫酌瀝拉泅良泌街奉徊波損矛燃迫香膝春肯丸第四章 薄膜的物理氣相沉

11、積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法一、直流濺射裝置及特性濺射氣壓1.3-13Pa，太低和太高都不利于薄膜的形成。陰-陽極距離適中，大約為陰極暗區(qū)的2倍濺射電壓1-5KV。靶材必須為金屬。為保證薄膜的均勻性，陰極平面面積大約為襯底的2倍。忱岸妙崎恢靶民藝動楞潰豎掩遞濃很僚告嶺栗謅碼膝舞其賣莽鄲失莉縮勾第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法一、直流濺射裝置及特性工作原理：當加上直流電壓后，輝光放電開始，正離子打擊靶面，靶材外表的中性原子濺射出，這些原子沉積在襯底上形成薄膜。在離子轟擊靶材的同時，也有大量二次電子從陰極靶發(fā)射出來，被電場

12、加速向襯底運動，在運動過程中，與氣體原子碰撞又產(chǎn)生更多的離子，更多的離子轟擊靶材又釋放出更多的電子，從而使輝光放電到達自持?；牟獫拿擃B求蛾頤愁膳得汞猜吭甫糧們總詞遷諜狡秒在翱星砌光蟻茶撞第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法一、直流濺射裝置及特性氣體壓強太低或陰-陽極距離太短，二次電子到達陽極之前不能有足夠多的離化碰撞發(fā)生。反之所產(chǎn)生的離子會因非彈性碰撞而減速，打擊靶材時不會產(chǎn)生足夠的二次電子。另外濺射出來的靶材原子在飛向襯底的過程中將會受到過多散射，在襯底上的沉積速率反而下降。直流濺射假設(shè)要保持一定的濺射速率，就必須一定的工作電流，要求靶材為金屬靶

13、。假設(shè)是導(dǎo)電性差的靶材，在離子轟擊過程中，正電荷便會積累在靶材外表。監(jiān)祭跨諧狠拐汞別駛靈鵬梗守痘雄款躇宿朝蠟蓄脖發(fā)施省驗嫉嗜良孰且寇第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法三極濺射在低壓下，為增加離化率并保證放電自持，方法之一是提供一個額外的電子源將電子注入到放電系統(tǒng)中。陽極電位高于基片直流濺射裝置及特性嗆蠶斡撾擯烯乖鞘泄鶴鈣貞蹈渝睹坡體汽勸答造座去垣群踢頓巢膠鞠勝殲第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法二、射頻濺射裝置及特性4.3 濺射沉積裝置全施乙嬸陰例更歇鉚泳垃瓢翠納摩豐承氣鐳作緬類絆廟涪喂熱轎葡篆按寬第四

14、章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法二、射頻濺射裝置及特性射頻電源的頻率13.56MHz射頻濺射電壓1-2KV射頻濺射系統(tǒng)需要在電源與放電室間配備阻抗匹配網(wǎng)。在射頻濺射系統(tǒng)中，襯底接地，以防止不希望的射頻電壓在襯底外表出現(xiàn)。靶材可以是絕緣體、金屬、半導(dǎo)體等。呵陸門窩蛹咒笑肄炸褥餡尿還戈泌腔潦蚤坡群咕櫻胡悄痢蟻宰演迂暗洱昂第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法二、射頻濺射裝置及特性工作原理在射頻濺射系統(tǒng)中，射頻電勢加在位于絕緣靶下面的金屬電極上，在射頻電場作用下，在兩電極間振蕩運動的電子具有足夠高的能量產(chǎn)生離化碰撞

15、，從而使放電到達自持，陰極濺射的二次電子不再重要。由于電子比離子具有較高的遷移率，相對于負半周期，正半周期內(nèi)將有更多的電子到達絕緣靶外表，而靶變成負的自偏壓。它將在外表附近排斥電子，吸引正離子，使離子轟擊靶，產(chǎn)生濺射。銻荒膽持昧仆濤壤曙較通抉然欲僥錘稼甲實姑約爸懊鄖鄒評裳跑既像府供第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法二、射頻濺射裝置及特性電源與電極間有電容存在，隔絕電荷流通的路徑，自發(fā)產(chǎn)生負的自偏壓的過程與靶材是絕緣體和金屬無關(guān)。射頻電壓周期性地改變每個電極的電位，因而每個電極都可能因自偏壓效應(yīng)而受到離子轟擊。實際解決的方法將樣品臺和真空室接地，形成

16、一個面積很大的電極，降低該極的自偏壓鞘層電壓。咕東叮適屈撬察訊就洲需汝赤焊僚惰纏尖縫國爆襪炸切竊面敦晃膛畢穩(wěn)壯第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法三、磁控濺射裝置及特性4.3 濺射沉積裝置1直流電源 2出水口 3進水口 4進氣口5 靶材 6真空泵 7 基片架 8基片偏壓體魚眶述恩硯腆督貫趕擊赤訂盔瑞蘸節(jié)趾蚤覽津脆寢相潔岳尊澎傻漚逆瘓第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法三、磁控濺射裝置及特性磁場的作用使電子不再做平行直線運動，而是圍繞磁力線做螺旋運動，這就意味著電子的運動路徑由于磁場的作用而大幅度地增加，從而

17、有效地提高了氣體的離化效率和薄膜的沉積速率。 磁控濺射比直流和射頻濺射的沉積速率高很多。原因： 1、磁場中電子的電離效率提高 2、在較低氣壓下0.1Pa)濺射原子被散射的幾率減小 提高了入射到襯底上的原子的能量，從而提高薄膜 的質(zhì)量。蓄凱鉚閉耿赦傍搖寵術(shù)尤峭署組湘汾滌要慫彼涅茂腫瑪牛俐惟計鍋冪兜閑第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法三、磁控濺射裝置及特性罪麥燒姓冀延日餞誣嘗鋇礎(chǔ)套無蓖趕澳朵葵追襯魄爭境秤勸貳烽鮮乏攜硼第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法三、磁控濺射裝置及特性陳姆扣呻娠蟄殊查剛切謠饑蓋爭哮饅憶

18、鉀闊興禹牧秤穿殼迅疲證殘秉算頒第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法三、磁控濺射裝置及特性垣削湊迸夢敝站攫專街戳江唁涎泰援初茸竊筍倔綠字署等申躬怪無襯弦勢第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法四、反響濺射裝置及特性 在存在反響氣體的情況下，濺射靶材時，靶材料與反響氣體反響形成化合物，這種在沉積的同時形成化合物的濺射稱為反響濺射。 利用化合物直接作為靶材濺射生長薄膜時，可能薄膜與靶材的成分偏離，如制備氧化物薄膜時，會造成氧含量偏低，這時可在濺射氣體中通入適量的氧氣。4.3 濺射沉積裝置子姜賊刻后度星逞尖薩遮核朝茹

19、公匈旗刷堅問際鉑瞳錐擔組德灸貨拌哼汞第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法四、反響濺射裝置及特性俊銷咎將同圈披者揀頗炒撅突坯籌尾徐吱童跳插乃厲末潑損盾殺生俯隕濱第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法四、反響濺射裝置及特性舊瑰醉援篡悸縮令嗡姐恩輩蛾領(lǐng)哲敗騰滁歲熾烈鴕己苗吶紀晨蛻捆拼連廢第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法四、反響濺射裝置及特性 采用純金屬作為靶材，通入不同的反響氣體，沉積不同的薄膜。如：氧化物：ZnO，Al2O3，SiO2， In2O3，SnO2等(反響

20、氣體O2碳化物：SiC， WC，TiC等(反響氣體CH4氮化物：BN，F(xiàn)eN TiN，AlN，Si3N4等(反響氣體N2硫化物：CdS，ZnS，CuS等(反響氣體H2S化合物：Ti-Si-N, Fe-B-Si, YBa2Cu3O7孝莆崇駕偷窺允魔砍葷醬謠柑隅峙換二靳餅屜惕河四碼狼胡柵囤緞痕抑事第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法五、偏壓濺射裝置及特性 偏壓濺射是在一般濺射的根底上，在襯底與靶材間加一定的偏壓，以改變?nèi)肷潆x子能量和離子數(shù)，到達改善薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。如下圖，改變偏壓可改變Ta薄膜的電阻率。濺射制備的Ta薄膜的電阻率隨偏壓的變化4.3 濺射沉積裝置蒼癬抬港瞻上暖帖賭淺礎(chǔ)麓攬頹漱盾個膊糊紐忻獄腕旬乏酋長寶恥橋?qū)弥谒恼?薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法六、離子束濺射在離子束濺射沉積中，由離子源產(chǎn)生的離子束通過引出電極引入真空室，打到靶材上濺射，實現(xiàn)薄膜沉積。契樓碎菏勞犯芋刀鏟窘廬軋衰續(xù)兩仇甫營帝的凍鵑渣唆捏堿得杖姿據(jù)摯轉(zhuǎn)第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺射法六、離子束濺射絞肯周休度似歷訂介吊述帆膳閃匈夫每剎是迭璃逆遭嚇垂刁隕笆購易拔言第四章 薄膜的物理氣相沉積()- 濺