资源描述：
《集成电路工艺实验.docx》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、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。超高真空多功能磁控溅射设备的使用一、引言薄膜的制备方法有许多种,主要包括:物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和电化学沉积。物理气相沉积中只发生物理过程,化学气相沉积中包含了化学反应过程。常见的物理气相沉积方法是真空蒸发,分子束外延(MBE)是一种超高真空中进行的缓慢的真空蒸发过程,它能够用来生长外延的单晶薄膜。另一种常见的物理气相沉积方法是溅射,溅射法制膜具有溅射速度快,在沉积多元合金薄膜时化学成分容易控制,沉积层对衬底的附着
2、力较好,能够大面积成膜等。近几十年来,磁控溅射技术已经成为最重要的沉积镀膜方法之一。广泛应用于工业生产和科学研究领域。如在现代机械加工工业中,利用磁控溅射技术在工件表面镀制功能膜、超硬膜、自润滑薄膜。在光学领域,利用磁控溅射技术制备增透膜、低辐射膜和透明导膜,隔热膜等。在微电子领域和光、磁记录领域磁控溅射技术也发挥着重要作用。例如在微电子领域制备Cu互联薄膜等。二、实验目的1.了解超高真空多功能磁控溅射系统。主要包括:直流和射频溅射、电源控制系统、进样室和生长室、抽气系统的基本工作原理。2.掌握衬底
3、的清洗、装卸、样品在进样室和生长室间的传递、靶的安装要点等。三、实验原理1溅射众所周知,溅射现象源于阴极表面的气体辉光放电。在真空系统中,靶材是需要溅射的材料,它作为阴极,相对于作为阳极的衬底加有数千伏的电压。在对系统预抽真空以后,通进少量惰性气体(如氩气),压力一般处于10-1~10Pa的范围内。在正负电极高压的作用下,极间的气体原子将被大量电离。电离过程使Ar原子电离为Ar+离子和能够对立运动的电子,其中电子飞向阳极,而带正电荷的Ar+离子则在高压电场的加速作资料内容仅供您学习参考，如有不当或者
4、侵权，请联系改正或者删除。用下飞向作为阴极的靶材,并在与靶材的撞击过程中释放出其能量。离子高速撞击的结果就是大量的靶材原子获得了相当高的能量,使其能够脱离靶材的束缚而飞向衬底,在衬底上成膜。当然,在上述这种溅射过程中,还可能伴随有其它粒子,如二次电子、离子、光子等从阴极发射。溅射法受到大力发展和重视的一个重要原因在于这种方法易于保证所制备薄膜的化学成分与靶材基本一致,而这一点对于蒸发法很难做到。溅射法使用的靶材能够根据材质分为纯金属、合金及各种化合物。金属与合金的靶材能够用冶炼或粉末冶金的方法制备,
5、其纯度及致密性较好;化合物靶材多采用粉末热压的方法制备,其纯度及致密性往往要稍逊于前者。主要的溅射方法能够根据其特征分为以下四种:(1)直流溅射;(2)射频溅射;(3)磁控溅射;(4)反应溅射。2直流溅射法直流溅射又称阴极溅射或二极溅射。在直流溅射过程中,常见氩气Ar作为工作气压。工作气压是一个重要的参数,它对溅射速率以及薄膜的质量都具有很大的影响。当经过加速的入射离子轰击靶材(阴极)表面时,会引起电子发射,在阴极表面产生的这些电子,开始向阳极加速后进入负辉光区,并与中性的Ar原子碰撞,产生自持的辉
6、光放电所需的Ar+离子。在相对较低的气压条件下,Ar原子的电离过程多发生在距离靶材很远的地方,因而Ar+离子运动至靶材处的几率较小。同时,低气压下电子的自由程较长,电子在阳极上消失的几率较大,而Ar+离子在阳极上溅射的同时发射出二次电子的几率又由于气压较低而相对较小。因此,在低工作气压下Ar原子的离化效率很低,溅射速率和效率很低。随着氩气工作气压的增加,电子平均自由程减小,原子电离几率增加,溅射电流增加,溅射速率提高。但当气压过高时,溅射出来的靶材原子在飞向衬底的过程中将会受到过多的散射,因而其沉积
7、到衬底上的几率反而下降。因此随着气压的变化,溅射沉积的速率会出现一个极值。一般来讲,沉积速度与溅射功率成正比,与靶材和衬底之间的间距成反比。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。溅射气压较低时,入射到衬底表面的靶材原子没有经过多次碰撞,能量较高,这有利于提高沉积时原子的扩散能力,提高沉积组织的致密程度。溅射气压的提高使得入射的原子能量降低,不利于薄膜组织的致密化。3射频溅射法采用直流溅射法需要在溅射靶上加一负电压,因而就只能溅射导体材料,而不能沉积绝缘材料,其原因在于轰击绝缘
8、介质靶材时表面的离子电荷无法中和,于是靶面电位升高,外加电压几乎都加在靶上,两极间的离子加速与电离机会就会变小,甚至不能发生电离,致使放电停止或不能连续,溅射停止。因此,对于导电性很差的非金属材料或绝缘介质的溅射,需要一种新的溅射方法—射频溅射法(RF)法。射频溅射装置相当于把直流溅射中的直流电源部分由射频发生器,匹配网络和电源所代替。它是利用高频电磁辐射来维持低气压(约2.510-2Pa)的辉光放电。阴极安置在紧贴介质靶材的后面,把高频电压加在靶上,这样,在一个周期
