真空溅射镀膜-讲义.ppt

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1、真空濺射鍍膜誠真企業有限公司濺射鍍膜之必要製程可分三大項，即：真空排氣（Pumping）氣體導入（Gasintroducing）放電（Discharge）1.真空排氣如一般之真空系統，可使用油擴散真空幫浦（Oildiffusionpump），渦輪分子真空幫浦（Turbomoleularpump）等高真空排氣裝置，配合油迴轉幫浦（Oilrotarypump），使濺鍍室之真空度最少能達到10-6Torr或更好的程度，方可實施濺鍍。一般依濺鍍材料之不同，真空排氣之要求，應特別注意濺鍍室內可能殘存氣體種類及含量（或濺鍍室內壁，在高真空下可

2、能逸出之氣體），對濺鍍效果而安排適當的排氣元件組合。濺射鍍膜製程2.氣體導入濺射鍍膜時，氬氣為最主要濺射氣體源，若還有他種氣體欲導入時，目的即在做化學反應濺鍍，一般對氬氣的比例均較低，故氣體導入時，先以氬氣導入之控制為主。而其控制方式可採用定壓或定量方式。原則上以可容許之最大流量為佳，如此可減少器壁內殘存有害氣體逸出（Outgas）之影響，惟不可影響到排氣系統的排氣能力。一般氣體導入控制以質量流動控制器（MassFlowController）最容易操作，而且穩定。氣體導入操作方法，一般係在濺鍍室之真空度達到最好程度（10-6Tor

3、r以下）時，然後導入氣體，調整濺鍍室的真空度約在5～8x10-4Torr為最大流量（高真空排氣能力不調整時），惟需注意高真空幫浦之背壓，不可超過其臨界值為限（一般約在0.2Torr以下）。若背壓超過時，即表示補助幫浦（油迴轉幫浦）排氣能量不足。經以上氣體導入後，使其達到穩定狀態，即可將主真空閥之排氣度減低（關小主真空閥之開口，或控制節流閥之開合度）使濺鍍室的真空度達到5x10-2～5x10-3Torr（視靶材材質，靶面至遮板或基板距離及靶結構而定）。並待數分鐘，使其達到穩定狀態，即可進入放電操作。3.放電濺射目的之達成，即在使氬氣

4、，電離成正離子後撞擊靶面，使靶材原子濺射出來並沈積於基板上。故必須將靶材施予負性高電壓，以達到此目的。其放電情況，在有磁控裝置時，如圖2-1所示。於濺射放電時，陰極靶面所形成之陰極暗區（簡稱暗區）具有相當重要之影響，一般於施加負電壓之陰極對陽極之濺鍍室壁及基板（一般為接地形態）放電時，暗區之寬度約在10到30mm之間。暗區寬度依氣體壓力而定，氣體壓力愈高（即真空度較差時），暗區寬度愈小。暗區太寬或太窄，對濺射鍍膜，都無法達到最好的效果。圖2-2a即氣體壓力太高，暗區寬度變窄，放電介於靶材及陰極遮罩之間。而靶材與陰極遮罩（接地電位）

5、間距離約在7mm以下，當靶材與遮罩發生放電時，不僅產生不純物沈積，於陰陽極間的絕緣材，而導致陰極陽極間之高電壓短路，這是非常危險的。圖2-2c即當氣體壓力太低時，放電即很難產生，假使放電能產生，亦很難穩定。圖2-2a暗區寬度太窄圖2-2b暗區寬度適中圖2-2c暗區寬度太寬一、直流二極濺射原理直流二極濺射是利用直流輝光放電使氣體電進，如圖8-1所示。圖8-1a是一個輝光放電管，其中裝有兩個電極，作為陰極和陽極。將管內抽真空，使其真空度達到10Pa左右，再加上幾百伏的直流電壓，就會產生輝光放電。輝光放電區域並不是均勻的。只要兩個電極之

6、間有足夠的距離，就能觀察到一些明暗程度不同的區域。這些區域主要是陰極暗區、負輝區、法拉第暗區和正輝區(圖8-1a)。除陰極暗區以外，其他各個區域或者是等離子體區(陽極輝柱)，或者近似於等離子體區(負輝區和法拉第暗區)。等離子體之中存在大量自由電子，是一種良導體，因此加在放電管兩極的電壓，幾乎毫無損失地通過各個等離子區，而全部加在陰極暗區。圖8-1b是輝光放電區的電位分布。圖8-1二極直輝光放電a)輝光放電區的結構1-陰極2-陰極暗區3-負輝區4-法拉第暗區5-陽極輝柱6-陽極b)輝光放電區的電位分布第一節　濺射鍍膜原理存在於負輝區

7、等離子體之中的離子，一旦由於熱運動而進入陰極暗區，就會被其中存在的電場加速而飛向陰極。陰極表面的濺射效應，就是由這些離子造成的。此外，這些離子還從陰極表面擊出電子，即所謂二次電子。二次電子也受到陰極暗區電場的加速，但飛行方向是飛離陰極。輝光放電之所以能夠維時不變，正是依賴於這些二次電子在行程中與氣體原子發生碰撞電離，恢而不斷產生新的離子和電子，來補充等離子體的損失。儘管二次電子在陰極暗區也與氣體原子碰撞，但未能引起大量碰撞電離。二次電子發生首次碰撞電離的平均位置，大致在陰極暗區與負輝區的界面處。負輝區的二次電子大致分為兩類：一類是

8、高能電子，另一類是低能電子。高能電子是經陰極暗區加速之後的二次電子。正是這些高能電子在負輝區進行大量碰撞電離。高能電子進行多次碰撞電離之後，其能量大量消耗即轉化為低能電子。低能電子的能量不足以產生碰撞電離，但還可以激勵氣體原子產生能級跳遷，使其發出