磁控溅射镀膜技术

《磁控溅射镀膜技术》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、磁控溅射镀膜技术的基本概念与应用（学习班讲稿）报告人：范垂祯2004年6月低温实验一、引言荷能粒子（例如氩离子）轰击固体表面，引起表面各种粒子，如原子、分子或团束从该物体表面逸出的现象称“溅射”。在磁控溅射镀膜中，通常是应用氩气电离产生的正离子轰击固体（靶），溅出的中性原子沉积到基片（工件）上，形成膜层，磁控溅射镀膜具有“低温”和“快速”两大特点。1、溅射镀膜技术是真空镀膜技术中应用最广的正在不断发展的技术之一2、发展概况（1）1842年Grove发现阴极溅射现象1877年将二极溅射技术用于镀制反射镜。二十世纪三十年代采用二极溅射技术镀制

2、金膜作为导电底层以后出现射频溅射、三极溅射和磁控溅射。2、发展概况（2）1936年和1940年Penning相继发明圆柱和圆筒磁控溅射阴极。--Penning放电、Penning规、Penning离子源相继出现1963年美国贝尔实验室采用10米的连续溅射镀膜装置镀制集成电路的鉭膜，首次实现溅射镀膜产业化。1970年圆柱磁控溅射阴极获得工业应用2、发展概况（3）1980年前后,提出脉冲单靶磁控溅射、中频单靶磁控溅射，发展为中频双靶磁控溅射。双靶磁控溅射（DualMagnetronSputtering）的方法的最早专利是Kirchhoff等1

3、986年申请的工业上，德国Leybold的孪生靶（TwinMag®）系统是其典型代表,已于1994年正式投入生产。2、发展概况（4）1986年Window发明了非平衡溅射（Closed-fiedunbalancedmagnetronspattering,CFUMS),有广阔的应用前景3、国内发展情况1982年以后，范毓殿、王怡德及李云奇等先后发表了有关平面磁控溅射靶设计方面的论文报告1985年后，各类小型平面磁控溅射镀膜机问世1995-1996年豪威公司采用国外先进技术和材料研制出大型ITO磁控溅射镀膜系统(含射频溅射制备二氧化硅膜的装置

4、和功能)1996年沈阳真空技术研究所研制出大型ITO磁控溅射镀膜镀膜系统1997年豪威公司开展中频双靶反应溅射制备二氧化硅膜工艺与设备研究。1999年豪威公司与清华大学合作在国际上首次研制成功中频双靶反应溅射制备二氧化硅膜与氧化铟锡膜在线联镀装置投入生产。1999年北京仪器厂设计中频反应磁控溅射双靶2000年和2001年豪威公司先后研制出两条新的大型中频双靶反应溅射制备二氧化硅膜与氧化铟锡膜在线联镀装置并投入生产.2002年豪威公司在国内首次引进PEM控制系统,自行安装调试,成功的应用于多层光学膜的研发工作中.二、气体放电某些特性在一般的

5、溅射装置中，在真空室内辉光放电形成并加速正离子，应熟悉气体放的某些电特性1、辉光放电巴刑曲线--绝缘间隙的选取放电气体压力P与电极之间距离d的乘积p.d对辉光放电压U的影响，相对应的曲线称巴刑曲线，该曲线所展示的规律称巴刑定律溅射镀膜中放电气体压力通常选P=1x10-2至5x10-4Torr，工作点选在左半支曲线，对于相邻的相互绝缘的两个导体，要求有足够高的耐击穿电压U，相互之间距离不宜太大，d=1.5--3.0mm2、放电的伏安特性曲线--不提倡“一拖二辉光放电中靶电压与靶电流关系曲线称靶的伏安特性曲线.A)伏安特性曲线，分几段：电

6、压很小时，只有很小电流通过：加大电压进入汤生放电区；“雪崩”，进入“正常辉光放电区”离子轰击区覆盖整个阴极表面，再增加功率进入“非正常辉光放电区”，溅射工艺的工作点选在此区：继续增加功率，达到新的击穿，进入低电压大电流的“弧光放电区”B)靶的放电的伏安特性曲线与哪些因素有关？靶的几何形状、尺寸，零部件安装精度，受力或热引起的变形靶电极材料及表面状态（污染、光洁度等）靶区气体压力及组分C)没有完全相同的靶，任何两个靶的伏安特性曲线不可能完全相同D)两个靶并联用一台电源难以使两个靶都处于最佳状态,影响电源寿命,降低膜层质量。E）所谓“双跑道靶

7、”是将靶面加宽（例如由140mm加大到220mm）磁场作相应改变，放电时形成两个放电区，这与双靶并联无本质差别，放电不稳定，影响电源寿命,降低膜层质量,基片上膜层不均匀区加大。E）避免弧光放电用大功率启动新靶，材料表面出气，局部真空变坏直流溅射情况，靶面有不良导体形成靶设计、安装不当，及在运用过程中受力、受热引起的机械变形，造成的局部击穿3、辉光放电区电位分布---靶-基距（1）阿斯顿暗区（2）阴极暗区，克罗克斯暗区（3）负辉区（4）法拉第暗区（5）正辉柱（6）阳极暗区（7）阳极辉柱阴极暗区宽度一般为1-2cm，镀膜设备中阴极与基片距离

8、大多5-10cm，可知两极间只存在阴极暗区和负辉区，尽量减小极间距离（靶-基距），获得尽量高的镀膜速率。阴极暗区边缘的电位几乎接近阳极电位，相当于在辉光放电时，等离子体将阳极推到阴极暗区边缘，