第6章pvd实用工艺

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1、实用标准文案第六章PVD工序6.1PVD工艺的目的溅射法利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的物质做成的靶电极。在离子能量合适的情况下，入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中将后者溅射出来。这些被溅射出来的原子带有一定的动能，并且会沿着一定的方向射向衬底——玻璃基板，从而沉积在基板表面形成薄膜。在上述薄膜沉积的过程中，离子的产生过程与等离子体的产生或气体的放电现象密切相关。6.2PVD工艺的基本原理6.2.1气体放电现象在介绍PVD工艺原理之前，首先简单讨论一下气体放电过程。设有如下图那样的一个直

2、流气体放电体系。开始：电极间无电流通过，气体原子多处于中性，只有少量的电离粒子在电场作用下定向运动，形成极微弱的电流。随电压升高：电离粒子的运动速度加快，则电流随电压而上升，当粒子的速度达饱和时，电流也达到一个饱和值，不再增加（见第一个垂线段）；汤生放电：电压继续升高，离子与阴极靶材料之间、电子与气体分子之间的碰撞频繁起来，同时外电路使电子和离子的能量也增加了。离子撞击阴极产生二次电子，参与与气体分子碰撞，并使气体分子继续电离，产生新的离子和电子。这时，放电电流迅速增加，但电压变化不大，这一放电阶段称为汤生放电。汤生放电后期称

3、为电晕放电。辉光放电：汤生放电后，气体会突然发生电击穿现象。此时，气体具备了相当的导电能力，称这种具有一定导电能力的气体为等离子体。电流大幅度增加，放电电压却有所下降。导电粒子大量增加，能量转移也足够大，放电气体会发生明显的辉光。电流不断增大，辉光区扩大到整个放电长度上，电压有所回升，辉光的亮度不断提高，叫异常辉光放电，可提供面积大、分布均匀的等离子体。弧光放电：电压大幅下降，电流大幅增加，产生弧光放电，电弧放电斑点，阴极局部温度大幅升高，阴极自身会发生热蒸发。精彩文档实用标准文案6.2.2溅射沉积装置6.2.2.1直流溅射直

4、流溅射又称阴极溅射或二极溅射，适用于导电性较好各类合金薄膜。在对系统抽真空后，充入一定压力的惰性气体，如氩气。在正负电极间外加电压的作用下，电极间的气体原子将被大量电离，产生氩离子和可以独立运动的电子，电子在电场作用下飞向阳极，氩离子则在电场作用下加速飞向阴极—靶材料，高速撞击靶材料，使大量的靶材料表面原子获得相当高的能量而脱离靶材料的束缚飞向衬底。6.2.2.2射频溅射使用直流溅射方法可以很方便地溅射沉积各类合金薄膜，但这一方法的前提之一是靶材应具有较好的导电性，要用直流溅射方法溅射导电性较差的非金属靶材，就需要大幅度地提高

5、直流溅射电源的电压，以弥补靶材导电性不足引起的电压降。射频溅射是适用于各种金属和非金属材料的一种溅射沉积方法。两极间接上射频（5~30MHz，国际上多采用美国联邦通讯委员会（FCC）建议的13.56MHz）电源后，两极间等离子体中不断振荡运动的电子从高频电场中获得足够的能量，并更有效地与气体分子发生碰撞，并使后者电离，产生大量的离子和电子，此时不再需要在高压下（10Pa左右）产生二次电子来维持放电过程，沉积速率也因此时气体散射少而较二极溅射为高。6.2.2.3磁控溅射相对于蒸发沉积来说，一般的溅射沉积方法具有两个缺点。第一，溅

6、射方法沉积薄膜的沉积速度较低；第二，溅射所需的工作气压较高，电子的平均自由程较短，放电现象不易精彩文档实用标准文案维持。这两个缺点的综合效果是气体分子对薄膜产生污染的可能性较高。因而，磁控溅射技术作为一种沉积速度较高，工作气体压力较低的溅射技术具有其独特的优越性。磁控溅射的特点　　　（1）工作气压低，沉积速率高，且降低了薄膜污染的可能性；（2）维持放电所需的靶电压低；（3）电子对衬底的轰击能量小，可以减少衬底损伤，降低沉积温度；（4）容易实现在塑料等衬底上的薄膜低温沉积。但是，磁控溅射也存在着对靶材的溅射不均匀、不适合于铁磁性

7、材料的溅射的特点。6.2.2.4反应溅射制备化合物薄膜时，可以考虑直接使用化合物作为溅射的靶材。但有时化合物的溅射会发生分解的情况。这时，沉积所得到的薄膜往往在化学成分上与靶材有很大的差别。比如，在溅射SnO2、SiO2等氧化物薄膜时，经常会发生沉积产物中氧含量偏低的情况。解决问题的方法可以是调整溅射室内的气体组成和压力，在通入Ar气的同时通入相应的活性气体，从而抑制化合物的分解倾向。但另一方面，也可以采用纯金属作为溅射靶材，但在工作气体中混入适量的活性气体如O2、N2、NH3、CH4、H2S等的方法，使金属原子与活性气体在溅

8、射沉积的同时生成所需的化合物。6.3溅射设备的构成6.3.1溅射设备构成图真空槽，排气系统气体供应系统阴极基板电极系统基板搬送系统离子的生成付着强度、膜厚分布、段差被覆性精彩文档实用标准文案6.3.2溅射的特性l付着强度高。被溅射出的原子以～50eV的能量入射，并沉积在基板上