最新8溅射镀膜解析教学讲义PPT课件.ppt

《最新8溅射镀膜解析教学讲义PPT课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、8溅射镀膜解析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。溅射镀膜广泛用于制备金属、合金、半导体、氧化物、绝缘介质，以及化合物半导体、碳化物、氮化物等薄膜。自70年代以来，日益受到重视，并取得重大进展。射频溅射镀膜机溅射的基本原理——辉光放电无光放电由于宇宙射线产生的游离离子和电子在直流电压作用下运动形成电流，10-16-10-14A。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。汤森放电区随电压升高，电子运动速度逐渐加快，由于碰撞使

2、气体分子开始产生电离。于是在伏-安特性曲线出现汤森放电区。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，称为非自持放电。溅射的基本原理——辉光放电辉光放电当放电容器两端电压进一步增大时，进入辉光放电区。气体击穿自持放电（电流密度范围2-3个数量级）电流与电压无关（与辉光覆盖面积有关）电流密度恒定电流密度与阴极材料、气体压强和种类有关电流密度不高（溅射选择非正常放电区）称为正常辉光放电溅射的基本原理——辉光放电非正常辉光放电区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

3、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，结果更多的正离子轰击阴极，更多的二次电子从阴极产生。溅射的基本原理——辉光放电弧光放电区异常辉光放电时，常有可能转变为弧光放电的危险。极间电压陡降，电流突然增大，相当于极间短路；放电集中在阴极局部，常使阴极烧毁；损害电源。溅射的基本原理——辉光放电在正常辉光放电区，阴极有效放电面积随电流增加而增大，从而使有效区内电流密度保持恒定。当整个阴极均成为有效放电区域后，只

4、有增加阴极电流密度，才能增大电流，形成均匀而稳定的“异常辉光放电”，并均匀覆盖基片，这个放电区就是溅射区域。正常辉光与异常辉光放电在溅射区：溅射电压，电流密度和气体压强遵守以下关系式中，和是取决于电极材料、尺寸和气体种类的常数。溅射的基本原理——辉光放电溅射的基本原理——辉光放电辉光放电阴极附近的分子状态溅射的基本原理——溅射特性★溅射参数溅射阈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。目前能测出10-5原子/离子的溅射率（阈值参考）。对绝大多数金属靶材，溅射阈值为10~30eV溅射的基本原理——溅射特性溅射的基本原理——溅射

5、特性溅射率溅射率是指正离子轰击阴极靶时，平均每个正离子能从阴极上打出的原子数。又称溅射产额或溅射系数。溅射率与入射离子种类、能量、角度及靶材的类型、晶格结构、表面状态、升华热大小等因素有关。1.靶材料溅射率与靶材料种类的关系可用周期律来说明。溅射的基本原理——溅射特性溅射的基本原理——溅射特性2.入射离子能量70eV-10KeV溅射的基本原理——溅射特性3.入射离子种类原子量核外电子结构溅射的基本原理——溅射特性4.入射离子的入射角入射离子的入射角是指离子入射方向与溅射靶材表面法线之间的夹角。0-60之间服从规律60-80时，溅射率最大90

6、时，溅射率为零溅射的基本原理——溅射特性溅射的基本原理——溅射特性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，溅射率几乎不变；高于此温度时，溅射率急剧增加。溅射的基本原理——溅射特性溅射原子的能量和速度溅射原子的能量（5-10eV）比热蒸发原子能量（0.1eV）大1-2个数量级。溅射原子的能量与靶材、入射离子种类和能量、溅射原子的方向等有关。几组实验数据曲线。溅射的基本原理——溅射特性溅射的基本原理——溅射特性溅射的基本原理——溅射镀膜过程★溅射镀膜过程靶材溅射过程溅射的基本原理——溅射镀膜过程溅射粒子的迁移过程溅射粒子的成膜过程

7、淀积速率是指从靶材上溅射出来的物质，在单位时间内淀积到基片上的薄膜厚度。溅射粒子：正离子：不能到达基片中性原子或分子其余粒子均能向基片迁移溅射的基本原理——溅射机理★溅射机理溅射率随入射离子能量增大而增大，在离子能量达到一定程度后，由于离子注入效应，溅射率减小；溅射率的大小与入射离子的质量有关；当入射离子能量小于溅射阈值时，不会发生溅射；溅射原子的能量比蒸发原子大许多倍；入射离子能量低时，溅射原子角度分布不完全符合余弦定律，与入射离子方向有关；电子轰击靶材不会发生溅射现象。溅射的基本原理——溅射机理热蒸发理论（早期理论）认为：溅射现象是被电离气

8、体的离子在电场中加速并轰击靶面，而将能量传递给碰撞处的原子，导致很小的局部区域产生高温，使靶材融化，发生热蒸发。可以解释溅射率与靶材蒸发热和入射离子的