-Sputter基本原理培訓(xùn)課件

1、演講人：王金萍【SPUTTER基本原理】1目錄第一章 真空第二章 等離子體第三章 濺射原理第四章 反應(yīng)性濺射第五章 濺射鍍膜設(shè)備第六章 濺射靶及靶材配置2目錄第二章 等離子體第三章 濺射原理第四章 反應(yīng)性濺射第五章 濺射鍍膜設(shè)備第六章 濺射靶及靶材配置3第一章 真空第一章 真空41-1 生活中的真空1、大氣壓、真空、真空度？第一章 真空5帕斯卡 Pa： 1Pa=1N/標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 atm： 1atm=101325Pa托 Torr： 1Torr=133.32Pa毫巴 mbar： 1mbar=100Pa2、壓強(qiáng)單位第一章 真空3.真空區(qū)域的劃分6大氣： 103mbar低真空： 10310-3mbar

2、中真空： 10-310-6mbar高真空： 10-610-9mbar超高真空： 10-9mbar第一章 真空4.平均自由程72-2 氣體分子平均自由程不同真空度下的平均自由程：真空度 平均自由程 分子數(shù) （mbar） （cm） （個(gè)/cm3） 1103 0.9410-5 2.41019110-2 0.94100 2.41014110-6 0.94104 2.41010110-10 0.94108 2.4106第一章 真空5.真空系統(tǒng)中氣體的流動(dòng)狀態(tài)8第一章 真空95.真空系統(tǒng)中氣體的流動(dòng)狀態(tài)第一章 真空6.真空的獲得10 旋葉泵旋葉泵的特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)耐用工作范圍： 大氣壓10-3mbar極限真空：

3、 10-3mbar缺點(diǎn)：振動(dòng)、反油第一章 真空7.真空的獲得11 羅茨泵機(jī)械泵的特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)快，抽速大工作范圍：低、中真空極限真空：取決于前級(jí)泵羅茨泵壓縮比較小，一般需要串聯(lián)使用；第一章 真空12 渦輪分子泵渦輪分子泵的特點(diǎn)：抽速大、無(wú)油、啟動(dòng)快工作范圍： 10-210-6mbar極限真空： 10-6mbar缺點(diǎn)：振動(dòng)、成本高、易損7.真空的獲得第一章 真空13 油擴(kuò)散泵油擴(kuò)散泵的特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)耐用、無(wú)振動(dòng)工作范圍： 10-4 10-9mbar 極限真空：10-6mbar 10-9mbar （液氮冷卻）缺點(diǎn)：反油、需預(yù)熱7.真空的獲得第一章 真空14真空泵極限壓強(qiáng)（mbar）啟動(dòng)壓強(qiáng)（mbar）旋葉

4、泵110-3 1103水蒸氣噴射泵110-3 1103羅茨泵取決于前級(jí)泵 1101渦輪分子泵110-6 110-2油擴(kuò)散泵110-9 110-4濺射離子泵110-11 110-3鈦升華泵110-11 110-3低溫吸附泵110-12 110-3幾種常用泵的極限壓強(qiáng)與啟動(dòng)壓強(qiáng)7.真空的獲得目錄第一章 真空第三章 濺射原理第四章 反應(yīng)性濺射第五章 濺射鍍膜設(shè)備第六章 濺射靶及靶材配置15第二章 等離子體第二章 等離子體16 等離子體是由部分分子、原子及原子被電離后產(chǎn)生的正離子和負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，呈準(zhǔn)中性狀態(tài)。2-1 輝

5、光放電第二章 等離子體17自然中的等離子體：2-3 雷電2-4 極光第二章 等離子體182-5 日光燈 2-4 真空鍍膜輝光放電等離子的應(yīng)用：第二章 等離子體19輝光放電產(chǎn)生的條件：在放電開(kāi)始前，放電間隙間電場(chǎng)是均勻的；放電過(guò)程主要是靠陰極發(fā)射電子來(lái)維持的；放電氣壓一般維持在1010-3mbar；放電電流密度一般要維持在10-1102mA/cm2；電壓一般為3005000V；濺射所需要的轟擊離子通常采用輝光放電獲得。輝光放電是氣體放電的一種類型，是一種穩(wěn)定的自持放電。輝光放電：第二章 等離子體20陰極輝光區(qū)陰極暗區(qū)負(fù)輝光區(qū)法拉第暗區(qū)正柱區(qū)0電壓空間靜電荷兩極區(qū)間輝光放電示意圖1、在真空室內(nèi)安置

6、兩個(gè)電極。2、通入壓力為10-310-2Pa的氣體（通常是Ar）。3、在電極上加上高電壓。輝光放電產(chǎn)生等離子體輝光放電：目錄第一章 真空第二章 等離子體第四章 反應(yīng)性濺射第五章 濺射鍍膜設(shè)備第六章 濺射靶及靶材配置21第三章 濺射原理第三章 濺射原理-1（濺射電源）22直流濺射：用于導(dǎo)電靶中頻濺射：用于導(dǎo)電靶射頻濺射：用于絕緣靶不同的濺射電源：第三章 濺射原理-2（直流濺射）23Pumping systemtargetPower supplyPlasmasubstrateGasAr_電場(chǎng)+電場(chǎng)輝光效應(yīng)3-1 直流濺射示意圖直流濺射原理圖：第三章 濺射原理-2（直流濺射）濺射氣體應(yīng)當(dāng)具備的特性：

7、對(duì)靶材程惰性；濺射率高；價(jià)格便宜；來(lái)源方便；Ar為較理想的選擇為什么？濺射氣體的選擇：第三章 濺射原理-2（直流濺射）大氣成分分子量干潔空氣中的含量（%）氮 N228.02 78.09氧 O232.00 20.95氬 Ar39.94 0.93二氧化碳 CO244.00 0.03氖 Ne20.18 1.810-3氦 He4.00 5.2410-4甲烷 CH416.04 2.210-4氪 Kr83.70 1.110-4氧化氮 N2O44.02 0.510-4氫 H22.02 0.510-4氙 Xe131.30 0.810-5臭氧 O348.00 1.010-6濺射氣體的選擇：1.化學(xué)穩(wěn)定性，不會(huì)和

8、靶材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；2.原子量大，濺射率高；3.空氣中含量高制備比Kr、Xe方便，價(jià)格相對(duì)便宜；第三章 濺射原理-3（磁控濺射）263-2 磁控濺射示意圖低溫高速磁控濺射：第三章 濺射原理-4（射頻濺射）273-3 射頻濺射裝置示意圖7-射頻發(fā)生器；1-基板；2-等離子體；3-射頻濺射靶；4-濺射室；5-匹配網(wǎng)絡(luò)；6-電源；射頻濺射：第三章 濺射原理-4（射頻濺射）28阻抗匹配：ErR3-4 簡(jiǎn)單電路右圖中：E：理想電源r ：電源內(nèi)阻R：負(fù)載電阻當(dāng)負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)，負(fù)載將獲得最大功率，這種工作狀態(tài)就稱為匹配。第三章 濺射原理-4（射頻濺射）29阻抗匹配：阻抗匹配：指負(fù)載阻抗與電源阻抗互相適

9、配，得到最大功率輸出地一種工作狀態(tài)。阻抗匹配的兩種情況：純電阻電路負(fù)載等于電源內(nèi)阻；當(dāng)電源和負(fù)載含有阻抗成分時(shí)就必須滿足共軛關(guān)系，即電阻成分相等，電抗成分?jǐn)?shù)值相等而符合相反，這種匹配就是共軛匹配。第三章 濺射原理-4（射頻濺射）30阻抗匹配：射頻電源匹配網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)腔室3-5 可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)由于射頻濺射設(shè)備的放電阻抗大多為10K，射頻電源的內(nèi)阻大約為50，所以二者要進(jìn)行良好的匹配。由于設(shè)備內(nèi)的電極和擋板的布置等是變化的所以要利用匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配。以使射頻功率有效地輸入到設(shè)備內(nèi)。目錄第一章 真空第二章 等離子體第三章 濺射原理第五章 濺射鍍膜設(shè)備第六章 濺射靶及靶材配置31第四章 反應(yīng)性濺射第四章 反

10、應(yīng)性濺射32 在濺射鍍膜時(shí)， 有意識(shí)地將某種反應(yīng)性氣體引入濺射室并達(dá)到一定的分壓， 即可改變或控制沉積特性， 從而獲得不同于靶材的新物質(zhì)薄膜，這就叫反應(yīng)性濺射；通入不同的反應(yīng)氣體就可以得到不同的沉積膜層：通入氧氣可以形成氧化膜；通入氮?dú)饪梢孕纬傻ぃ煌ㄈ爰淄椋–H4）可以形成碳化物膜；通入硫化氫（H2S）可以形成硫化物膜；反應(yīng)性濺射：第四章 反應(yīng)性濺射33Pumping systemtargetPower supplysubstrateGasAr&O2_電場(chǎng)+電場(chǎng)Ar+O-Zn（Zn）反應(yīng)性濺射：目錄第一章 真空第二章 等離子體第三章 濺射原理第四章 反應(yīng)性濺射第六章 濺射靶及靶材配置34第

11、五章 濺射鍍膜設(shè)備第五章 濺射鍍膜設(shè)備355-1 濺射鍍膜設(shè)備第五章 濺射鍍膜設(shè)備365-2 濺射鍍膜設(shè)備示意圖C1C2C3C6C516543278AZOAg預(yù)留AlAlNiVC7各個(gè)腔室底壓要求：上下料腔室底壓：C1/C7 1 x 10-3 mbar緩沖腔室底壓 ：C2/C6 3 x 10-6 mbar傳輸腔室底壓 ：C3/C5 1.5 x 10-6 mbar工藝腔室底壓 ：C4/1C4/8 1.5 x 10-6 mbar目錄第一章 真空第二章 等離子體第三章 濺射原理第四章 反應(yīng)性濺射第五章 濺射鍍膜設(shè)備37第六章 濺射靶及靶材配置第六章 濺射靶及靶材的配置386-1 平面靶6-2 圓柱靶第六章 濺射靶材及靶材的配置39圓柱靶與平面靶利用率比較第六章 濺射靶材及靶材的配置406-3 靶材配置示意圖C1C2C3C6C516543278AZOAg預(yù)留AlAlNiVC7第六章 濺射靶材及靶材的配置41SPUTTER沉積工藝膜層沉積速率沉積