利用射频溅射法镀金属薄膜
磁控溅射法制备Cu膜
磁控溅射法制备Cu膜摘要沉积速率高、基材温升低的磁控溅射工艺,已经成为半导体集成电路金属化工艺的主流。
本文重点对在硅晶圆上溅射金属铜薄膜的实际镀膜过程中的淀积速率进行了理论和实验研究。
结果表明淀积速率随工作气压的增大先增大后减小;随着温度增大而减小,但均匀性增强;当入射离子的能量超过溅射阈值时,淀积速率随着溅射功率的增加先增加后下降;同时还讨论了溅射功率、淀积时间对膜厚和膜质量的影响。
以上结论对于获得良好的镀膜工艺控制是很有意义的。
关键词溅射;集成电路金属化;淀积速率影响因素;最佳工艺条件Magnetron Sputtering Cu filmAbstractThe high deposition rate,substrate temperature rise of low-magnetron sputtering process, has become the mainstream of the semiconductor integrated circuit metallization process. This article focuses on theoretical and experimental research in the actual coating process of the sputtering of copper films on silicon wafers in the deposition rate. Studies have shown that the deposition rate first increases with increasing working pressure and then decreases; deposition rate decreases as the temperature increases, but the enhanced uniformity; when the incident ion energy greater than the sputtering threshold, the deposition rate With the sputtering power increased first and then decreased; and sputtering power, deposition time on the film thickness and film quality. The conclusion is very significant to get a good coating process control.Keywords M agnetron sputtering; IC metallization; D eposition rate and influencing factors; O ptimum process conditions目录第1章绪论................................................................................................... 错误!未定义书签。
射频磁控溅射法制备ZnO薄膜
ZnO薄膜的XRD图 薄膜的XRD 图2 ZnO薄膜的XRD图
XRD图显示： 图显示： 图显示
（1）样品均出现了2θ≈34.75°的较强的(002)衍射峰，说明薄 膜具有垂直于基片平面较好的c轴择优取向 （2）2、3、 4号样品中出现了2θ≈72.5°的微弱的(004)衍射 峰，在4号样品中出现了2θ≈32.2°的微弱的(100)衍射峰，其 中(004)峰为(002)晶面的次级衍射峰。 （3）在衬底温度从RT升至250℃的过程中，(002)衍射峰相对 强度随衬底温度升高而增加，薄膜c轴择优取向变好，而当温 度超过250℃以后，(002)峰相对强度变小。
所谓磁控溅射就是在二极溅射的基础上附加一个磁场利用电子在正交电磁场中作螺旋线轨迹运动进一步提高真空溅射镀膜的效率和质量以金属靶材为阴极阳极接地也可以是正电位两极间通入工作气体在此以氩气ar为工作气体当两极间施加高压时电极间的ar发生电离电离产生的电子向阳极作加速运动而ar向阴极作加速运动撞击阴极靶材
二、ZnO薄膜的应用 ZnO薄膜的应用
光电显示领域中的透明电极 太阳能光电转换领域中的异质结 各种压电、压光、 各种压电、压光、电声与声光器件
气敏元件
三、ZnO薄膜的研究进展 薄膜的研究进展
Hang Ju Ko等人利用分子束外延(MBE)方法制备了高 质量的ZnO薄膜；Zhang等人利用分子束外延方法在Al2O3 上制备了 ZnO的发光二极管；Su等人利用等离子体协助分 子束外延(P-MBE)方法制备了ZnO/ZnMgO 单量子阱，结合 理论计算所得在导带和价带中的第一亚带能量分别是 49meV和11meV；Chang等人利用分子束外延生长n-ZnO， 而利用金属有机化学气相沉积p-GaN，发现 n-ZnO/p-GaN 异质结具有发光二极管特性；Gangil等人利用等离子增强的 MOCVD在Al2O3上制备出了N掺杂p型ZnO薄膜，载流子浓 度范围为1013 ~ 1015 cm-3，电阻率为10-1 ~
射频磁控溅射法制备ZnO薄膜
PL光谱光谱是分析半导体光学性质和晶体结构的重要方法光谱之一。
当半导体受到外界光源激发时，电子产生由低能级到高能级的跃迁，形成非平衡载流子，这种处于激发态的电子在半导体中运动一段时间后，又会回复到较低的能量状态，发生电子-空穴的复合。
复合过程中，如果能量以光辐射的形式释放出来，该过程称为光致发光。
发半光导过体程中常见的光致
光致发光主要有以下几种形式： (1本征发光：导带到价带光致发光主要有以下几种形式的跃迁(C V，辐射的光子能量为hv=Eg(禁带宽度；(2自由激子复合发光(EX→V,光子能量为hv=Eg-Eex，其中Eex为自由激子束缚能；(3束缚激子复合发光(EX→B，光子能量为hv= Eg-EB-E’ex , 其中E’ex 为电子空穴束缚能，EB为杂质对激子的束缚能。
(4施主能级到价带的复合发光(D V,光子能量为hv=Eg-ED, 其中ED为施主能级。
(5导带到受主能级的复合发光(C A，光子能量为hv=Eg-EA，其中EA为受主能级。
溅射镀膜
溅射镀膜介绍一: 溅射镀膜应用:溅射镀膜主要用于半导体生产的金属薄膜的生长.如下图的金属层1到金属层6都是运用溅射镀膜所生产.溅射镀膜到形成所需的金属线的过程为：溅射镀膜--→光照显影--→蚀刻（形成金属连接线）二: 溅射镀膜原理溅射淀积（溅射）是另一种老工艺，能够适应现代半导体制造需要。
它几乎可以在任何衬底上淀积任何材料，而且广泛应用在人造珠宝涂层，镜头和眼镜的光学涂层的制造。
在真空反应室中，由镀膜所需的金属构成的固态厚板被称为靶材（target）（图1），靶材接阴极，衬底接阳极并接地。
首先将氩气充入室内，并且电离成正电荷。
带正电荷的氩离子被不带电的靶吸引，加速冲向靶。
在加速过程中这些离子受到引力作用，获得动量，轰击靶材。
这样在靶上就会出现动量转移现象（momentum transfer）。
正如在桌球，球杆把能量传递到其他球，使它们分散一样，氩离子轰击靶，引起其上的原子分散。
被氩离子从靶上轰击出的原子和分子进入反应室。
这就是溅射过程。
从靶上轰击出原材料之后，氩离子、轰击出的原材料、气体原子和溅射工艺所产生的电子在靶前方形成一个等离子区域。
等离子区是可见的，呈现紫色。
而黑色区域将等离子区和靶分开，我们称之为暗区（dark space）。
图1 溅射工艺的原理被轰击出的原子或分子散布在反应室中，其中一部分渐渐地停落在晶圆上，形成薄膜，溅射工艺的主要特征是淀积在晶圆上的靶材不发生化学或合成变化。
形成薄膜的过程有如下几个过程(图2所示):1长晶2 晶粒成长3 晶粒聚集4 缝隙填补5 沉积膜的成长图2 溅射工艺的原理三：溅射镀膜相对于真空蒸发优点：1 靶材的成分不会改变。
这种特征的直接益处就是有利于合金膜和绝缘膜的淀积。
合金真空蒸发的问题在前一部分已作描述。
对于溅射工艺来说，含有2%铜的铝靶材就可以在晶圆上生长出含有2%铜的铝薄膜。
2 阶梯覆盖度也可以通过溅射改良。
蒸发来自于点源，而溅射来自平面源。
因为金属微粒被从靶材各个点溅射出来的，所以在到达晶圆承载台时，它们可以从各个角度覆盖晶圆表面。
【参考文档】溅射镀膜实验报告-范文模板 (14页)
用60秒内膜厚度的增长量来度量溅射速率，溅射气压P=1.3Pa，靶磁场电流I=1.5A 得到图像：
图3 基片加热时温度与真空度的变化关系 由图可知，随着温度上升，气压迅速升高，随后气压降低至不变，至温度稳定后，气压持续降低。
关键词：真空，直流溅射，镀膜，金属薄膜吸光度，金属薄膜结构和形貌
一、实验原理
1. 真空简介
“真空”是指低于一个大气压的气体状态。在真空技术中，以“真空度”来表示气体的稀薄程度，真空度越高，气体压强越低。通常气体的真空度直接用气体的压强来表示，常用单位为帕斯卡（Pa）或毫米汞柱（mmHg）——简称乇（Torr），它们之间的关系为：
泵抽气速率，气压开始下降且到达指定温度后，温度基本不变，下降速率越来越快。 2、镀膜速率与溅射气压的关系
用30秒内膜厚度的增长量来度量溅射速率，在溅射电流I=0.1A ，靶磁场电流I=1.5A的条件下， 得到图像：
溅
射气压和溅射速率的关系
溅射速率 (A/min)
束后，应等待真空室冷却后，再放气取出样品，否则会造成薄膜氧化，影响其性能。 三．数据记录与分析讨论
成膜方法。
溅射法是利用高能离子（电场加速正离子，由电极间工作气体在强电场作用下电离产生）高速冲击负极溅射材料表面，发生碰撞。由于高能离子的能量大于靶材原子表面结合能，从而使靶材表面的原子或分子等得到入射离子的能量，逐渐溢出表面形成溅射。溅射镀膜就是基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，整个过程都是建立在辉光放电的基础上，即溅射离子都来源于气体放电。
在两次实验中接触了三种真空泵。真空泵是用来获得真空的器械，按照泵的抽气速率和抽气方式分为机械泵，分子泵，扩散泵等。实际使用中应该根据对真空度的不同要求，选择合适的真空泵，有时可能需九．结论
溅射工艺和蒸镀工艺的比较
溅射工艺和蒸镀工艺的比较
溅射工艺和蒸镀工艺是两种常用的薄膜镀带工艺，它们在原理、应用范围和特点等方面有所区别。
1. 原理：溅射工艺是通过高能量离子轰击靶材，将靶材表面的原子或分子弹出并沉积在基材上形成薄膜。
蒸镀工艺是利用热量将源材料加热至蒸发状态，然后沉积在基材上。
2. 应用范围：溅射工艺适用于多种材料的薄膜制备，包括金属、合金、氧化物等。
蒸镀工艺一般用于制备金属薄膜。
3. 特点：
- 溅射工艺：镀膜速度较快，沉积层致密，有较好的附着力和均匀性，可以制备厚膜；但是设备复杂，成本高，镀膜过程中可能会有靶材的成分污染。
- 蒸镀工艺：设备简单，成本相对较低，镀膜过程对基材要求较低，适合大面积镀膜；但是镀层致密性和附着力较差，容易受到环境条件的影响。
由于溅射工艺和蒸镀工艺各自具有独特的特点，所以在不同的应用场景中会有不同的选择。
镀Ta工艺简介
PECVD试剂
• TaCl5：纯度99.99%，Cerac公司，粉末披读 小于4.75nm。 • H2气：还原剂 • He气：增强前驱体的激发或离子化 • N2气：冷却剂（冷却环中所用） • NaOH：尾气捕集
PECVD工艺
需要得到α相的Ta涂层，只有α相的涂层具有高强度、耐腐蚀等优点。利用TaNx 作种晶层。形成种晶层的工艺文献中有介绍。
Ta镀膜工艺简介
PVD和CVD
PVD CVD
• 利用蒸发、溅射沉积或复合的 技术，不涉及到化学反应,成 膜过程基本是一个物理过程而 完成薄膜生长过程的技术。
• 有化学反应的使用与参与，利 用物质间的化学反应实现薄膜 生长的方法。
PVD
1
• 真空蒸发镀膜 • 真空室内加热的固体材料被蒸发汽化或升华后，凝结沉积到一定温度的衬底材料表面。 形成薄膜经历三个过程：1)蒸发或升华。2)输运到衬底。3)吸附、成核与生长。 • 适宜镀制对结合强度要求不高的某些功能膜，如电极的导电膜、光学镜头用增透膜。
CVD方法与装置
CVD方法与装置
（2）封闭式CVD 在封闭环境进行反应，与外界无质量交换。 • 特点 保持真空度、无需连续抽气，不易被外界污染 可用于高蒸汽压物质的沉积 材料生长率小、生产成本高 （3）常压CVD 反应器内压强近于大气压，其它条件与一般CVD相同。 一般分流通式和封闭式两种反应器。 多用于半导体集成电路制造
CVD方法与装置
CVD方法与装置
热丝CVD常用于金刚石、立方氮化硼等薄膜 的合成
CVD方法与装置
（6）等离子体CVD（PECVD） • 原理 • 将等离子体引入CVD技术。等离子体中的电子与分 子原子碰撞，可以使分子在低温下即成为激发态， 实现原子间在低温下的化合。 • 等离子体对CVD的作用 • 1)将反应气体激发为活性离子，降低反应所需温度 • 2)加速反应物的表面迁移率，提高成膜速率 • 3)对衬底和膜层溅射清洗，强化薄膜附着力 • 4)等离子中各粒子的碰撞、散射作用，膜厚均匀
射频磁控溅射镀膜过程及机制(硕士论文草稿,有摘抄有实验有推断不保证正确)
2.1 薄膜的制备方法溅射镀膜磁控溅射溅射过程迁移过程成膜过程溅射镀膜气相条件下沉积薄膜有两种主要的方式：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition, PVD)和化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD). 气相沉积是在气相环境中，采用不同的方式（如蒸发或溅射），把源材料上的原子或分子转变为气相，再沉积到衬底上。
这个过程一般要在真空室内进行，以便于控制气相的成分，而且由于过程中，源材料要转变为气相再沉积，所以需要真空以减少大气对源材料的污染。
气相沉积的两种主要方式是蒸发和溅射，其本质区别是将源材料转变为气相的手段不同。
蒸发是采用对源材料的原子或分子提供热能，使其逸出；溅射则是采用外来的高速离子，轰击源材料，使源材料的原子或分子获得大量的动能而溅射出来。
本论文中样品采用中科院沈阳科学仪器厂JGP350型磁控溅射镀膜机制备，真空抽气系统由机械泵（前级泵）和分子泵（主泵）组成，极限真空度可达2.0×10-4Pa。
溅射系统配有三个立式靶，其中两个接射频阴极（RF），另一个接直流阴极（DC）。
RF的溅射功率可在0～200W之间调节，直流电源电压为0～2000V。
中间样品控制架上有3个样品夹具，样品控制架可通过旋转来选择所要溅射的靶。
其中一个样品位的后面有加热电阻丝，可对该位置上的衬底加热，使得衬底温度在室温与400℃之间可调。
靶和衬底间距为5cm。
由于靶材CdTe和ZnTe陶瓷靶的电导率较低，所以采用射频溅射模式。
工作气体为氩气。
磁控溅射所用靶材是纯度为99.999%的ZnTe和CdTe化合物陶瓷靶，靶材直径为100mm、厚6mm。
沉积薄膜用的衬底均为普通玻璃，衬底厚1mm，长宽为2.5×6cm。
射频溅射时，采用高频射频电源（13.56MHz），分别将靶材和真空室的其他部分耦合在电源的两极，衬底处于靶材对应的位置，与靶材间距为5cm，射频磁控溅射时放电的过程（工作气体为Ar气）：1）无光放电打开射频电源及电流显示器，即会有十毫安以下以下的电流显示。
溅射镀膜原理及其应用
磁控溅射常见技术
射频磁控溅射
用来进行介质膜的溅射， 如在玻璃上镀ITO膜之前需镀 上一层SiO2扩散隔离层,该 SiO2膜就是采用射频溅射。
通常在溅镀过程中辉光 放电中的离子撞击到阴极时， 会与阴极的电子中和，使得 溅射现象可以继续进行。但 若靶材本身不导电的话，离 子撞击到靶材上没有电子中 和，正电荷一直累积，便与 后来的离子排斥，这会造成 离子撞击现象的停顿。高周波电源 取代直流电源，便可解决此 问题。
溅射镀膜原理及其应用
磁控溅射原理
原理: 为了提高离化率,增加溅射沉积的速率,在靶背面增加磁场
是个有效的方法----电场与磁场的交互作用,使得二次电子在靶面 做螺旋式运动,大大延长了二次电子的运动行程，从而大大增加 了它同气体分子碰撞的机会，从而大大地提高了离化率，增加了 溅射速率。
磁控溅射常见技术
偏压溅射磁控
在基片上加100－300V的负电压，使得Ar2＋轰击靶材的同时也轰 击基片的膜层，使用偏压具有以下作用：
1. 改善附着力：1）将沉积过程中附着力不好的晶粒打掉；2）促 进膜层与基片的扩散，增加扩散层的厚度。
2. 提高耐磨性能：偏压的使用使得膜层更致密。 3. 改善膜层结构：偏压使得膜层由柱状晶变为更好的球状晶粒。 但偏压也有缺点： 1. 偏压的使用会降低沉积速率。 2. 过大的偏压使用会增加膜层的内应力。
矩形平面靶安装结构示意图
磁控溅射原理
平衡磁场磁控溅射
非平衡磁场磁控溅射
磁控溅射原理
孪生靶磁场分布示意图
磁控溅射原理
封闭非平衡磁场示意图
溅射靶材
溅射靶材按形状分类：矩形平面靶才、圆形平面靶才、圆柱靶材； 溅射靶材按成分分类：单质金属靶材、合金靶材、陶瓷靶材；
溅射镀膜的原理
溅射镀膜的原理
溅射镀膜是一种利用物质溅射技术将金属或其他材料沉积到基底表面形成薄膜的方法。
它主要借助于高能离子轰击金属靶材，使其表面的原子或分子脱离并沉积到基底表面上。
溅射镀膜的原理可以分为三个基本过程：溅射、扩散和沉积。
首先，在真空室中，将待镀层靶材和被镀基材装置放置在一定的距离内。
然后，通过加热、电弧放电或射频等方式，产生高能离子，使其撞击靶材表面。
这些高能离子将靶材表面的原子或分子击出，并呈喷射状沉积到基材表面。
在溅射过程中，离子（如氩离子）撞击靶材表面的原子或分子，使其脱离而进入气相，形成充满真空室的离子云。
这些离子会沿着各个方向扩散，并逐渐降低能量。
当它们达到基材表面时，由于脱离离子云时的高能量，它们会迅速吸附并沉积在基材表面上。
沉积的薄膜会随着时间的推移逐渐形成。
薄膜的质量和性能受多种因素影响，如靶材的成分、离子束的能量和流量、基材的温度等。
通过调节这些参数，可以控制溅射镀膜过程中薄膜的成分、结构和性能。
溅射镀膜具有多种优点，如薄膜均匀性好、附着力强、尺寸可控、可溶解度高等。
它广泛应用于光学、电子、材料科学等领域，用于制备反射镜、太阳能电池、导电膜等产品。
EMI溅射镀膜的原理 - 硬件和射频工程师
什么是EMI电磁兼容性（Electro magnetic Compatibility）缩写EMC，就是指某电子设备既不干扰其它设备，同时也不受其它设备的影响。
电磁兼容性和我们所熟悉的安全性一样，是产品质量最重要的指标之一。
安全性涉及人身和财产，而电磁兼容性则涉及人身和环境保护。
电磁波会与电子元件作用，产生干扰现象，称为EMI（Electromagnetic Interference）。
例如，TV 荧光屏上常见的“雪花”便表示接受到的讯号被干扰。
为什么要做EMI镀膜一. 技术驱动力设备的小型化使源与敏感器靠得很近。
这使传播路径缩短，增加了干扰的机会。
器件的小型化增加了它们对干扰的敏感度。
由于设备越来越小并且便于携带，象汽车电话、膝上计算机等设备随处可用，而不一定局限于办公室那样的受控环境。
这也带来了兼容性问题。
例如，许多汽车装有包括防抱死控制系统在内的大量的电子电路，如果汽车电话与这个控制系统不兼容，则会引起误动作。
互联技术的发展降低了电磁干扰的阈值。
例如，大规模集成电路芯片较低的供电电压降低了内部噪声门限，而它们精细的几何尺寸的较低的电平下就受到电弧损坏。
它们更快的同步操作产生更尖的电流脉冲，这会带来从I/O端口产生宽带发射的问题。
一般来说，高速数字电路比传统的模拟电路产生更多的干扰。
传统上，电子线路装在金属盒内，这种金属盒能够通过切断电磁能量的传插路径来提供屏蔽作用。
现在，为了减轻重量、降低成本，越来越多地采用塑料机箱。
塑料机箱对与电磁干扰是透明的，因此敏感器件处于无保护的状态。
法律的变化也是驱动力之一。
控制电磁发射和敏感度的强制标准的实施，迫使制造商们实施EMC计划。
产品可靠性的法规将使可靠性成为头等重要的事项，因为一旦设备由于干扰而产生误动作造成伤害，制造商要承担法律责任。
这对于医疗设备特别重要。
在竞争日益激烈的工业中，可靠性已经成为电子设备的一个重要市场特征。
自动化设备，特别是医疗设备，必须连续工作，这时设备内的EMI屏蔽技术提高了设备的可靠性。
第三章薄膜的物理气相沉积-溅射法
21
5、弧光放电
在F点以后，整个特性都改变了，两极间电 压将会再次突然大幅度下降，降至很小的数值， 而电流强度则会伴随有剧烈的增加，其大小几乎 是由外电阻的大小来决定，而且电流越大，极间 电压越小，FG区域称为“弧光放电区”。
当电压继续升高时，离子与阴极之间以及电子 与气体分子之间的碰撞变得重要起来，在碰撞趋于 频繁的同时，外电路转移给电子与离子的能量也在 逐渐增加。
16
此时，一方面离子对阴极的碰撞将使其产生 二次电子的发射，而电子能量也增加到足够高的 水平，它们与气体分子的碰撞开始导致后者发生 电离。这些均产生新的离子和电子，即碰撞过程 使得离子和电子的数目迅速增加。这时，随着放 电电流的迅速增加，电压的变化却不大。——汤 森放电
25
3.1 气体放电现象与等离子体
二、辉光放电现象及等离子体鞘层
气体发生辉光放电，意味着部分气体分子开始分解为可以导电 的离子与电子，即形成了等离子体。
等离子体（Plasma）是指由自由电子、带电离子以及中性原子和 原子团为主要成分的物质形态，对外表现为中性态。它广泛存在于 宇宙中，常被视为物质的第四态，等离子体最大的特点是具有很高 的电导率。
28
3.1 气体放电现象与等离子体
“帕邢（Paschen）曲线”
－－
前面讲到气体在正常辉
光放电阶段发生放电击穿
现象，这个放电击穿是有
条件的，条件就是要有一
定的电压。这个电压跟气
体的压力有关。帕邢曲线
磁控溅射镀膜及膜厚控制研究
磁控溅射镀膜及膜厚控制研究作者：黄鹏翔来源：《中国科技纵横》2013年第16期【摘要】磁控溅射镀膜技术是一种广泛应用的沉积镀膜方法，其设备和工艺的成熟促成了工业化生产的局面。
但其在稳定、控制运行仍有相当大的需求空间。
本文根据自己长年在设备安装、调试、维护的经验，对磁控溅射镀膜、镀膜工艺流程特别是镀膜技术中膜厚控制有详细的体会。
【关键词】磁控溅射镀膜工艺膜层厚度靶位设备1 引言1.1 溅射溅射是指用荷能力子通常是气体正离子轰击物体从而引起物体表面原子从母体中溢出的现象。
如果此时溢出的离子轰击阴极靶材将其原子等粒子溅出的粒子沉积在阳极基板上形成薄膜。
利用溅射可以进行溅射镀膜。
与传统的热蒸发（如阻抗加热蒸发和电子枪加热蒸发）相比.溅射镀膜具有可以镀制任何材料（特别是高熔点材料）。
膜层致密、附着牢因，镀膜过程易于控制，镀膜速率稳定等一系列优点。
1.2 溅射镀膜分类（1）利用直流辉光放电的直流溅射；（2）利用聚束离子来轰击靶材料的离子束溅射；（3）利用靶面环状磁场控制辉光放电的磁控溅射。
磁控溅射不仅保留了溅射镀膜的优点，而且还具有镀膜速度快的优势。
1.3 磁控溅射磁控溅射就是在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。
从本世纪七十年代起，磁控溅射开始大量应用于科学研究和工业生产的镀膜制备中。
一些对制备仁艺和条件有极严格要求的薄膜。
加用于X射线光学，每层膜厚在nm量级，膜层达数百层的多层膜也在用磁控溅射研制。
2 磁控溅射镀膜设备及工艺流程（1）设备主要由真空室、真空系统、磁控溅射源、加热及温控系统、进气系统、膜厚测量系统、残余气体分析系统、工件转架及遮挡屏等组成。
1）真空室：合理的结构，尺寸满足1300mm×1100mm基板成膜工艺流程；壳体材料选用AL，SUS304材质；厚度满足真空容器要求（10mm）；冷却（腔体外壁水道）；真空密封（磁流体动密封、硅橡胶静密封）等。
薄膜制备技术-溅射法
溅射法的原理
当高能粒子（如惰性气体离子）轰击固体靶材表面时，会使得靶材表面的原子或分 子获得足够的能量，克服与基材之间的引力，从靶材表面溅射出来。
溅射出来的原子或分子在真空中飞行，并沉积在基材表面，形成薄膜。
薄膜制备技术-溅射法
目 录
• 溅射法简介 • 溅射法制备薄膜的工艺流程 • 溅射法制备薄膜的特点与优势 • 溅射法制备薄膜的挑战与解决方案 • 溅射法制备薄膜的发展趋势与展望
01
溅射法简介
溅射法的定义
溅射法是一种物理气相沉积技术，利 用高能粒子轰击固体靶材，使靶材表 面的原子或分子被溅射出来，并在基 材表面沉积形成薄膜。
技术创新与突破
为了进一步提高溅射法制备薄膜的性能和效率，未来将不断涌现技 术创新和突破，推动该领域的技术进步。
智能化与自动化
随着工业4.0和智能制造的兴起，溅射法制备薄膜技术将朝着智能 化与自动化方向发展，实现高效、精准和可靠的薄膜制备。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
溅射法可以用于制备各种金属、半导体、绝缘体 等材料，具有较广的适用范围。
工艺简单
溅射法制备薄膜工艺相对简单，操作方便，适合 于大规模生产。
环境友好
溅射法在制备过程中不需要使用有害气体或液体， 对环境友好。
溅射法制备薄膜的应用领域
电子器件
01
溅射法制备的金属薄膜、半导体薄膜等广泛应用于集成电路、
电子元件等领域。
溅射法中，基材的温度较低，一般在室温至数百摄氏度之间，因此特别适合于在塑 料、玻璃等不耐高温的基材上制备薄膜。
薄膜晶体管的制备技术和过程
薄膜晶体管的制备技术和过程（以ZnO 薄膜为例）一、薄膜的常用制备方法介绍ZnO 薄膜的制备主要有以下几种方法：射频磁控溅射、分子束外延（MBE）、金属有机化合物化学气相淀积（MOCVD）、脉冲激光沉积（PLD）、原子层淀积（ALD）以及溶胶-凝胶法（Sol-gel）等。
下面先简单介绍后五种方法，着重介绍射频磁控溅射法。
1、分子束外延法（MBE）分子束外延法（MBE）可以制备得到高质量的光电子器件外延薄膜，因此该技术迅速的发展起来，其工作原理就是系统在超高真空条件下，衬底经原子级清洁后，将具有一定热能的一种或多种分子（原子）束流直接喷射到晶体衬底上，在衬底表面发生化学反应，通过控制分子束流对衬底的扫描，在衬底上按原子或分子排列生长而形成薄膜。
分子束外延法的生长机理非常复杂，涉及到入射分子、原子在衬底表面的吸附、分解、迁移、结合、脱附等复杂环节。
该技术的优点是：衬底温度低，膜层生长速率慢，分子束流强度易于控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而易于调整，利用分子束外延法生长的薄膜质量很高，当多层生长时具有陡峭的界面，且可利用在位监测技术精确的研究薄膜生长的过程等。
但生长速度慢，大约0.01~1 nm/s，当生长比较厚的薄膜需要较长周期，同时由于设备工作需要超高真空度，因此设备制造和维护成本都很昂贵。
2、金属有机化合物化学气相淀积法（MOCVD）金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。
其原理是先将反应室中的衬底加热，然后通过载气将有机化合物及其它气源送至衬底的上方，随着基底温度的升高，混合气体和气固界面发生一系列的化学和物理变化，最终在衬底表面生成外延层。
金属有机化合物化学气相沉积系统一般包括：气体传送系统、反应室、尾气处理和控制系统等。
其中最核心的部分是反应室，它决定着所生长的外延层的厚度、异质结界面的梯度、组分均匀性以及本底杂质浓度等因素。
光学镀膜工艺流程
光学镀膜工艺流程1. 概述光学镀膜是一种通过在光学元件表面涂覆一层薄膜来改变其光学性质的工艺。
它在光学仪器、光通信等领域有着广泛的应用。
本文将介绍光学镀膜的基本工艺流程。
2. 工艺流程光学镀膜的工艺流程可以分为以下几个步骤：2.1. 基片准备首先，需要准备好用于镀膜的基片。
基片可以是玻璃、晶体、塑料等材料，选择基片材料要考虑其透明度和耐热性等特性。
在准备基片时，需要进行表面清洁以去除污垢和油脂，通常使用超声波清洗或化学清洗方法。
2.2. 衬底镀金接下来，在基片表面进行衬底镀金。
衬底镀金的目的是提高薄膜与基片的附着力。
通常使用真空蒸发或溅射等方法将一层金属（如铝、铬等）镀在基片表面。
2.3. 镀膜材料选择根据具体的应用需求，选择适合的镀膜材料。
常用的镀膜材料有二氧化硅、二氧化钛、氮化硅等。
不同的镀膜材料对光学性能有着不同的影响，需要根据实际需求进行选择。
2.4. 镀膜过程接下来是镀膜过程。
通过真空蒸发、离子镀、溅射等方法，将镀膜材料在基片上沉积形成薄膜。
在镀膜过程中，需要控制薄膜的厚度和均匀性，以获得期望的光学性能。
2.5. 后处理镀膜后需要进行后处理。
后处理包括膜层抛光、退火、降温等步骤，目的是提高膜层的光学品质和稳定性。
2.6. 质检与测试最后，进行质检与测试。
通过光学测量仪器对镀膜薄膜进行光学性能测试，如反射率、透过率、薄膜厚度等。
质检合格后，才可经包装后出货。
3. 结论光学镀膜工艺流程包括基片准备、衬底镀金、镀膜材料选择、镀膜过程、后处理和质检与测试。
这些步骤相互配合，能够在光学元件表面形成具有特定功能的薄膜，满足不同的应用需求。
光学镀膜技术的持续发展将为现代光学领域的发展提供更多可能性。
> 注意：以上内容仅为光学镀膜工艺流程的简要介绍，实际应用中还需根据具体要求做更详细的设计和试验。
真空镀膜的三种形式
真空镀膜的三种形式真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀（也是金属反射膜的三种镀膜方式）。
1、蒸发镀膜(evaporation):通过在真空中加热蒸发某种物质使其产生金属蒸气沉积（凝聚）在固体表面成为薄膜，蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决定于装料量），并与源和基片的距离有关。
蒸发源1:电阻加热源：用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状，通以电流加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质，电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。
蒸发源2:高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质。
蒸发源3:电子束加热源：适用于蒸发温度较高（不低于2000℃）的材料，即用电子束轰击材料使其蒸发。
为了沉积高纯单晶膜层，可采用分子束外延方法，分子束外延法广泛用于制造各种光集成器件和各种超晶格结构薄膜。
2、溅射镀膜(sputtering):用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基片上。
通常将欲沉积的材料制成板材——靶,固定在阴极上，可溅射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等难熔物质。
溅射化合物膜可用反应溅射法，即将反应气体(O、N等)加入Ar气中,反应气体及其离子与靶原子或溅射原子发生反应生成化合物（如氧化物、氮化物等）而沉积在基片上，沉积绝缘膜可采用高频溅射法。
新型的溅镀设备几乎都使用强力磁铁将电子成螺旋状运动以加速靶材周围的氩气离子化，造成靶与氩气离子间的撞击机率增加，提高溅镀速率。
一般金属镀膜大都采用直流(DC)溅镀，而不导电的陶瓷材料则使用射频（RF）交流溅镀。
3、离子镀(ion plating):蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面，称为离子镀。
与溅镀类似，但是将基板与周围保持0.5~2KV的负电压，使基板的前端产生暗区(dark space)，在此状态下由蒸发源放出的金属蒸气在辉光放电的电浆(plasma)中形成离子，再被暗区加速后打到基板形成披覆。
磁控溅射金属薄膜的制备
磁控溅射金属薄膜的制备公司标准化编码[QQX96QT・XQQB89Q「NQQJ6Q8・MQM9N]磁控溅射薄膜金属的制备黎明烟台人学环境与材料工程学院山东烟秤】11E-mail摘要：金屈与金屈氧化物在气敏.光催化与太阳能电池等方面有肴极为重要的应用.通过磁控溅射法制备的金屈氧化物薄膜.具有纯度商、致密性好、可控性强、与基底附着性好等优点•因此磁控溅射技术被广泛应用于工业化生产制备大面积、商质址的薄膜。
我们通过磁控溅射法制备了氧化铜纳米线阵列薄膜•并研尤了其气敏性质：除此之外，我们还通过磁控溅射法制备了T102/W03复合薄膜，研究了两者之间的电荷传输性质关键词：磁控溅射;气敏性质；光电性质Magnetron sputtering metal filmpreparationLi Mi ngEnvironmental and Materials Engineering, Yantai University Shandong Yantai 111E-mailAbstract： GAas Metal and metal oxide have important applications in gas-sensing, photocatalyst and photovoltaics, etc・ The metal oxide film prepared by magnetron sputtering technique possesses good qualities, such as high purity, good compactness, controllability and excellent adhesion・ Therefore magnetron sputtering technique is widely used to prepare large area and high quality films in industrial production・In our work, CuO nanowires (NWs) array films were synthesized by magnetron sputtering・Their gas-sensing properties were also investigated・Except this, W03/ T102 nanocomposite films were synthesized by magnetron sputtering and their dynamic charge transport properties were investigated by the transient photovoltage technique・Key Words : Gmagnetron Sputtering, Photo-electric Properties, Gas-sensing Properties1绪论磁控濺射由于其显着的优点应用日趋广泛，成为工业镀膜生产中最主要的技术之一•相应的滋射技术与也取得了进一步的发展!非平衡磁控溅射改善了沉枳室内等离子体的分布.提岛了膜层质虽：中频和脉冲磁控溅射可有效避免反应薇射时的迟滞现紀消除耙中両和打弧问題，提舟制备化合物薄膜的稳定性利沉积速率：改进的磁控溅射靶的设计可获得较商的靶材利用率：商速溅射和自溅射为溅射镀膜技术开辟了新的应用领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
利用射频溅射法镀金属薄膜实验3 利用射频溅射法镀金属薄膜实验时间：2010.10.12 实验地点：福煤实验楼D405 指导老师：吕晶老师【摘要】磁控溅射技术在薄膜制备领域广泛应用，通过射频溅射法镀金属薄膜实验可以进一步熟悉真空获得和测量，学会使用磁控镀膜技术，了解磁控镀膜的原理及方法和了解真空镀膜技术。
【关键字】磁控溅射；薄膜制备；镀膜技术0 简介溅射镀膜的原理是稀薄气体在异常辉光放电产生的等离子体在电场的作用下，对阴极靶材表面进行轰击，把靶材表面的分子、原子、离子及电子等溅射出来，被溅射出来的粒子带有一定的动能，沿一定的方向射向基体表面，在基体表面形成镀层溅射镀膜最初出现的是简单的直流二极溅射，它的优点是装置简单，但是直流二极溅射沉积速率低。
在直流二极溅射装置中增加一个热阴极和辅助阳极，就构成直流三极溅射。
增加的热阴极和辅助阳极产生的热电子增强了溅射气体原子的电离，这样使溅射即使在低气压下也能进行；另外，还可降低溅射电压，使溅射在低气压，低电压状态下进行;同时放电电流也增大，并可独立控制，不受电压影响。
在热阴极的前面增加一个电极（栅网状），构成四极溅射装置，可使放电趋于稳定，但是这些装置难以获得浓度较高的等离子体区，沉积速度较低，因而未获得广泛的工业应用。
磁控溅射是由二极溅射基础上发展而来，在靶材表面建立与电场正交磁场，解决了二极溅射沉积速率低，等离子体离化率低等问题，成为目前镀膜工业主要方法之一。
直流溅射和射频溅射是很早就开始应用的溅射技术，在二极溅射系统中已经被采用，直流溅射方法用于被溅射材料为导电材料的溅射和反应溅射镀膜中，其工艺设备简单，有较高的溅射速率。
而对陶瓷等介质材料靶，则只能采用射频磁控溅射方法沉积薄膜，射频磁控溅射方法能对任何材料包括各种导体、半导体和绝缘介质进行溅射镀膜。
1 实验目的①熟悉真空获得的操作过程和方法；②了解磁控溅射镀膜的原理及方法；③学会使用磁控溅射镀膜技术。
2 实验设备JCP-350磁控溅射/真空镀膜机（ZDF-5227B 真空计；TDZM-II气体质量流量计；SY型500W 射频功率源；SP-II型射频匹配器；JCP-350磁控溅射）；氩气瓶；基片；擦镜纸3 实验原理3.1磁控溅射镀膜法的概念磁控溅射技术是20世纪70年代发展起来的一种新型溅射技术，目前磁控溅射法已在电学膜、光学膜和塑料金属化等领域得到广泛应用，主要用于电子工业、磁性材料及记录介质、光学及光导通讯等，具有高速、低温、低损伤等优点。
高速是指沉积速率快；低温和低损伤是指基片的温升低，损伤小。
因此磁控溅射法又叫高速低温溅射法。
磁控溅射工艺主要用于透明塑料的背面装饰上，也可用于制作透明导电薄膜3.2磁控溅射法的种类按磁控溅射中使用的离子源不同，磁控溅射方法有以下几种：①直流反应磁控溅射；②脉冲磁控溅射；③射频磁控溅射；④微波—ECR等离子体增强磁控溅射；⑤交流反应磁控溅射等。
磁控溅射法常用的镀膜材料有铬、铬合金、镍合金、黄铜、青铜等。
常用的底涂料有聚氨酷、紫外线固化涂料。
外涂料有丙烯酸类、氨基甲酸酯类。
3.3磁控溅射镀膜的工作原理磁控溅射法是在10-3Pa左右的真空中充人惰性气体，并在基片(阳极)和金属靶材(阴极)之间加上高压直流电，由于辉光放电产生的电子激发惰性气体，产生等离子体。
等离子体将金属靶材的原子击出，沉积在基片上(如图2-3-1所示)。
常用的惰性气体为氩气。
图2-3-1磁控溅射镀膜示意图图2-3-2磁控溅射镀膜原理图其原理如图2-3-2所示。
在真空室内充以0.1Pa的惰性气体氩气，由于高压直流电的作用在阳极(基片)和阴极靶材之间形成一定强度的静电场E。
氩气在静电场正的作用下，电离并产生高能的氩离子Ar+和二次电子。
高能的Ar+在电场正的作用下朝着阴极靶的方向加速飞去，并以高能量轰击靶表面，使靶材表面发生溅射。
被溅射出来的粒子通过等离子体(放电中的电场)中到达阳极表面，使放置在阳极表面的基片表面形成很薄的一层镀膜。
在溅射过程中，由于磁场力的作用，一方面在阴极靶的周围，形成一个高密度的辉光等离子区，在该区域电离出大量的Ar+来轰击靶的表面，溅射出大量的金属粒子向工件表面沉积；另一方面，二次电子在加速飞向靶表面的同时，受到磁场B的洛伦兹力作用，以摆线和螺旋线的复合形式在靶表面作圆周运动。
随着碰撞次数的增加，电子的能量逐渐降低，传给基片的能量很小，故基片的温升较低。
当溅射量达到一定程度后，靶表面的材料也就被消耗掉，形成拓宽的腐蚀环形凹状区。
这种方法的特点是使用了磁控靶，并通过在阴极靶的表面上方造成一个正交电磁场，使靶表面溅射产生的初始电子在电场和磁场的联合作用下，被压缩在近靶面作涡漩运动，在运动中，高能电子不断与惰性气体分子发生碰撞，使后者发生电离，大量电离后的正离子在电场的作用下高速轰击阴极靶，使靶材中的原子（或分子）被轰击出来并飞向基片表面沉积成膜。
3.4磁控溅射源按结构分，磁控溅射源主要有实心柱状或空心柱状磁控靶、溅射枪或S枪、平面磁控溅射靶四种，见图2-4-1。
柱状磁控靶结构简单，可有效地利用空间，可在更低的气压下溅射成膜，适用于形状复杂几何尺寸变化大的镀件。
枪型靶呈圆锥形，制作困难，可直接取代蒸发镀膜机上的电子枪，用于对蒸发镀膜设备的改造，适于小型制作，科研用。
平面磁控靶按靶面形状分，又有圆形和矩形两种，它制备的膜厚均匀性好，对大面积的平板可连续溅射镀膜，适合于大面积和大规模的工业化生产。
（a）实心柱状（b）平面磁控溅射靶（c）溅射枪或S枪（d）空心柱状磁控台图2-4-1磁控溅射源3.5磁控溅射镀膜法的特点磁控溅射法与蒸发源相比，溅射镀膜的主要特点：①由于放电电流和靶电流分别可控，镀膜可控性好；②由于溅射出的原子、分子能量比热蒸发能量高1—2个数量级，所以溅射法镀膜附着力高。
总之，磁控溅射法具有镀膜层与基材的结合力强，镀膜层致密、均匀等优点。
但蒸发镀膜却比溅射镀膜生产效率高、生产成本低。
一般来说，对于附着力的要求并非功能性的，一般采用真空蒸发镀较为合适。
但对于汽车塑料标牌表面装饰的真空镀膜，真空蒸发镀膜由于绕射性、膜层附着力和蒸发源温度偏高等因素的制约，在汽车塑料标牌上的应用不及磁控溅射法。
3.6气动调节阀的工作原理气动调节阀由执行机构和调节机构组成。
执行机构是调节阀的推力部件，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动调节机构动作。
阀体是气动调节阀的调节部件，它直接与调节介质接触，调节该流体的流量。
气动调节阀动作分气开型和气关型两种。
气开型是当膜头上空气压力增加时，阀门向增加开度方向动作，当达到输入气压上限时，阀门处于全开状态。
反过来，当空气压力减小时，阀门向关闭方向动作，在没有输入空气时，阀门全闭。
故有时气开型阀门又称故障关闭型。
气关型动作方向正好与气开型相反。
当空气压力增加时，阀门向关闭方向动作；空气压力减小或没有时，阀门向开启方向或全开为止。
故有时又称为故障开启型。
气动调节阀的气开或气关，通常是通过执行机构的正反作用和阀态结构的不同组装方式实现。
4 实验过程4.1 准备过程（1）动手操作前认真学习讲义及有关资料，熟悉镀膜机和有关仪器的结构及功能、操作程序与注意事项；（2）清洗基片。
用碱水冲洗，并用无水酒精脱水，最后用棉纱或棉纸包好，放在玻璃皿内备用；（3）镀膜室的清理与准备。
先向钟罩内充气一段时间，然后升钟罩，装好基片，清理镀膜室，降下钟罩。
4.2 抽真空（1）打开电源开关，打开“机械泵”开关，接通双热偶程控真空计。
接通扩散泵冷水。
高阀处于“关”的状态，低阀处于“抽系统”位置。
观测系统真空度在3Pa以上以后，将低阀切换到“抽钟罩”位置。
观测钟罩内真空度在3Pa以上以后；（2）将低阀置于“抽系统位置”，打开高阀，接通扩散泵开关对扩散泵加热。
监测钟罩内真空度。
约45min后，当真空度超过4×10-3Pa时，准备镀膜。
4.3 镀膜（1）充氩气。
调节气体质量流量计，控制氩气的流量；（2）当真空度达到5×10-3Pa以上时打开射频功率源电源开关，选择溅射靶。
逐渐增大溅射靶的电压和电流，同时调节射频匹配器使得反射的粒子数目最小；（3）当调节功率达到500W左右时，通过观察窗可以看到工作室里德溅射靶上方出现紫色的光，一段时间后，基片上便镀上了一层薄膜。
4.4 结束调节调节溅射靶电压至零，关气体质量流量计，关射频电源，关扩散泵开关，过5分钟慢慢打开旁路阀至与大气压压差为零，关气量计，充气完毕后打开钟罩，取出镀件。
清理镀膜室，扣下钟罩。
60min后停机械泵，关总电源，关闭扩散泵冷却水。
5 实验分析与讨论（1）磁控溅射靶是磁控溅射镀膜设备的核心部件。
常规的圆柱形磁控溅射靶是以圆环形永磁体在靶材表面建立环形磁场，在轴向等距离的环形表面形成刻蚀区,因而影响沉积薄膜厚度的均匀性,而且靶材利用率仅为20%～30%。
而应用旋转圆柱磁控溅射靶可以解决这一缺点。
（2）对于制备的薄膜层不牢的主要原因是基片表面不清洁。
经过机械的物理作用和化学的水解作用抛光的光学元件表面，并不是绝对光滑，其表面或多或少残留部分杂质，非常细微的杂质粉末易腐蚀材料与水气分子结合产生的水解层等都会使基体表面和膜层之间的结合力变小，在受到机械冲击或冷热变化时膜层产生脱落。
可以清洗前的预处理解决生脱落。
解决办法：首先，用机械的办法。
如脱脂棉球蘸酒精乙醚混合液稍稍用力擦拭镜片表面，去除粘在镜片表面不易清洗掉的杂质；去除表面轻微的腐蚀层。
其次，超声波清洗机的清洗。
经过碱水去除表面的油污及部分杂质；经过纯净水去除表面的碱性杂质和大部分灰尘(因纯净水呈弱酸性)；经过异丙醇去除表面的水分；烘干即可。
（3）气压对薄膜结合力的影响薄膜的形成是靶材粒子经过吸附、凝结、表面扩散迁移、碰撞结合形成稳定晶核，然后再通过吸附使晶核长大成小岛，岛长大后互相联结聚结，最后形成连续状薄膜。
气压的大小影响粒子能量，进而影响薄膜晶核的形成气压过低时，溅射粒子能量大，在基片上容易形成小丘或空洞，造成薄膜缺陷；随着压强的升高，溅射粒子在飞向基片的过程中与氩气原子碰撞几率增加，到达基片时能量减小，有利于去除高能造成的缺陷；但当气压太高时，溅射粒子到达基片时能量太低，又影响到薄膜的结晶。
（4）溅射功率对薄膜质量的影响在不同溅射功率下制备铝膜，随着功率的不断增加，附着力越来越好实验说明，功率太小会使膜层结构疏松、颗粒大；提高功率，部分高能溅射粒子产生不同程度的注入现象，在薄膜与基片之间形成伪扩散层，提高附着力。
但是，当功率太高时，由于膜层内应力增大，会导致膜层破裂。
6 实验总结本实验是有关真空镀膜技术的基础性实验，属于技术性实验，通过这个实验让我进一步熟悉真空获得和测量，学会使用磁控溅射镀膜技术，了解磁控溅射镀膜的原理及方法和了解真空镀膜技术。