《真空镀膜基础-電漿在薄膜製程上之應用》

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1、真空鍍膜基礎--電漿在薄膜製程上之應用3.濺鍍法(sputtering)(1)直流濺鍍法(DCsputtering)(2)射頻濺鍍法(RFsputtering)(3)磁控濺鍍法(magnetronsputtering)3.濺射法(Sputtering)3.1何謂Sputtering固體表面受到帶有高能量的粒子(受電埸加速的正離子)的衝擊，固體表面的原子、分子等從帶有高能量粒子取得運動能(量)，由固體表面被擊出(落)，這種現象稱Sputtering。3.2Sputteringvs.Vacuumevapora

2、tion(真空蒸著法)Sputtering優點:真空蒸鍍困難或不易蒸鍍的低蒸氣壓金屬元素及化合物都可適用。Sputtering缺點:(1)真空裝置因須導入高電壓、稀釋氣體等，設備裝置比較複雜。(2)薄膜之成長速度小。(3)從陰極放出之二次電子，會衝擊到薄膜或基材，以致薄膜溫度不易控制。3.3濺鍍基本原理3.3.1輝光放電(Glowdischarge)之發生30Glowdischarge是濺鍍法之基本方法，輝光放電濺鍍約在氣體壓力10-l0pa的真空室內的二電極間加以(1)高電壓或(2)低週波的交流高電壓(

3、3)直流電壓，兩極間即會產生放電現象>而直流輝光放電產生之電位-電流(Voltage-current)關係中，隨著電流增加可分為以下幾種輝光(P=1torr下)：-14-6Sub-normalglow(湯森放電區)(10~10A)：放電電流比正常放電電流小的領域。-2-5Normalglow(正常放電區)(10-10A)：放電維持電壓一定的領域。-1-2Abnormalglow(異常放電區)(10-10A)：放電電流比正規放電電流大時，維持放電之電壓隨著電流增加而增大，半導體沈積與蝕刻操作區間。-1Arc

4、(電弧區)(>10A)：超過異常放電區域以上時，維持放電之電壓會急速下降，產生大電流的電弧放電。圖3-1所示為直流輝光放電(DCglowdischarge)兩極間之狀態。圖3-1直流輝光放電的狀態(1)Astondarkspace(暗部):從陰極的冷陰極所放出的電子能量只約leV。所以和氣體分子間不會發生作用，因此陰極附近有黑暗部份。使用Ne,Ar時特別明顯。其他氣體就會變極狹小，不易分辨。(2)Cathodeglowdischarge(陰極輝光放電):電子被加速時，氣體分子會被激發，產生氣體分子固有的發

5、光。(3)Crookesdarkspace(Crookes暗部):電子被加速超過某此程度時，氣體分子會被離化，產生多數的電子與低速電子時，這個地方不會發光，稱Crookes暗部。(4)Negativeglow(負輝光):這裡所產生的大量低速電子，若給予能量加速運動時，大量氣體分子會被激發而發光產生負輝光時，稱為negativeglow。而兩極間的電壓降，則發生在陰極與負輝光放電間的ionsheath所造成的。圖3-2輝光放電時陰極附近的分子的狀態模式3.3.2glowdischarge之特性電漿基本特性3

6、5(1)輝光放電中的氣體分子(粒子)的離子含量約10~10很低時，稱弱電離電漿。但電子與氣體分子間的非彈性碰撞的關係，即使中性也會變成激發狀態或分子的分解產生自由基(radicals)共存其中，這對reactivesputtering或plasmaprocesses之薄膜形成是非常重要的。plasma中，除電子、離子之外，含多數的單原子、激態原子、激態分子及自由基等帶中性電荷的分子存在。由Radicals形成film條件為其中之一:氣相分解，重合反應：氣相中薄膜物質的析出。基材表面反應：基材表面上之析出，

7、例如SiH4－α-Si:H(非晶質)(2)因電子質量大於Ion(離子)時，在plasma中的電子移動度(mobility)離子大。因此，plasma若由外部加電場時，只有電子會被加速，而離子沒有什麼作用。濺鍍現象重要點主要在Crookes暗部的周邊所形成的正離子向陰極撞擊，及兩極間電壓在不變的狀態下，兩極間距離改變時，只是電漿所形成的陽光柱的長度變化而已，從陰極壁到負輝光的距離沒什麼變化。電壓降兩極的電壓降是陰極與負輝光之間的ionsheath所引起的，其放電空間的電位分佈如圖3-l所示。此因輝光放電所產

8、生的正離子向陰極撞擊，將陰極的物質打出，這是濺鍍的基本原理。因此陰極與陽極的距離，至少要大於陰極與負輝光之間的距離才行。電漿電位電漿中ion與electron密度接近相等，整體而言屬於電中性，但有時不一定成立。因為，如果電漿反應器是金屬製的，而且有接地線時，帶有高能量的電子，比離子容易從容器逃出(被抽出)，因此，離子的密度往往會比電子大，電漿中心部位之電位會稍呈"正"，此為一般現象。因此，如將電漿電位設定為0時，反應器壁的電位