真空溅射镀膜技术

4.粒子的能量： 粒子的能量： 粒子的能量 1）中性原子在室温下的热运动能约为 ）中性原子在室温下的热运动能约为0.026eV; 2）蒸发源蒸发出来的原子能量约 ）蒸发源蒸发出来的原子能量约0.1eV。 。 3）对入射粒子能量小于 ）对入射粒子能量小于30eV，只发生背散射、 ，只发生背散射、 轻的溅射和原子位移。 轻的溅射和原子位移。 4）溅射出的原子能量在5-40eV, ）溅射出的原子能量在 5）溅射时入射原子的能量一般在 ）溅射时入射原子的能量一般在30-3000eV; 6）离子镀中轰击离子的能量一般在 ）离子镀中轰击离子的能量一般在50-5000eV。 。 7）入射粒子能量在 ×104-106eV主要发生非弹 ）入射粒子能量在3× 主要发生非弹 性碰撞，高激发能级变得很普遍，电离作用明显， 性碰撞，高激发能级变得很普遍，电离作用明显， 辐射探伤即在此区域。 辐射探伤即在此区域。 H, He原子的能量达 5eV即发生核反应，对重 原子的能量达10 即发生核反应， 原子的能量达 即发生核反应 粒子发生核反应的原子能量为10 粒子发生核反应的原子能量为 6eV
1）无光放电 ） 2）汤森放电 ） 3）辉光放电 ） 4）非正常辉 ） 光放电 Ar 5）弧光放电 ）
Ar+ e
1.直流辉 直流辉 光放电
1）无光放 ） 电：宇宙射线 在电场下加速 形成极小的电 中性分子开始电离，不发光。 流，中性分子开始电离，不发光。 2）汤森放电：电压增加后，更多气体分子 ）汤森放电：电压增加后， 被电离，电流可在电压不变下增加。 被电离，电流可在电压不变下增加。 3）辉光放电：当电压继续增大后，电压突然降低， ）辉光放电：当电压继续增大后，电压突然降低， 电流突然增大，气体被击穿，出现带有颜色的辉光。 电流突然增大，气体被击穿，出现带有颜色的辉光。 4）非正常辉光放电：电流增大，电压升高。 ）非正常辉光放电：电流增大，电压升高。
真空溅射镀膜技术
目录一Leabharlann 溅射镀膜的相关概念 二、溅射的基本原理 三、溅射镀膜的类型 四、溅射镀膜相关外包厂简介 五、溅射镀膜案例分析
表面技术工程是将材料表面与基体一起作 为一个系统进行设计，利用表面改性技术， 为一个系统进行设计，利用表面改性技术，薄 膜技术和涂层技术， 膜技术和涂层技术，使材料表面获得材料本身 没有而又希望具有的性能的系统工程。 没有而又希望具有的性能的系统工程。 薄膜技术是表面工程三大技术之一。 薄膜技术是表面工程三大技术之一。一般 把小于25um大于 大于100nm的膜层称为薄膜，大于 的膜层称为薄膜， 把小于 大于 的膜层称为薄膜 25um的膜层称为厚膜。小于 的膜层称为厚膜。 的膜层称为厚膜 小于100nm的膜层称为 的膜层称为 纳米薄膜。 纳米薄膜。 真空镀膜是薄膜技术的最具潜力的手段， 真空镀膜是薄膜技术的最具潜力的手段， 也是纳米技术的主要支撑技术。所谓纳米技术， 也是纳米技术的主要支撑技术。所谓纳米技术， 如果离开了真空镀膜，它将会失去半壁江山。 如果离开了真空镀膜，它将会失去半壁江山。
2.荷能粒子 荷能粒子 是指具有一定动能的电子、光子、 是指具有一定动能的电子、光子、重粒子 质子、中子、离子、原子）。 （质子、中子、离子、原子）。 如果它们以足够的能量与固体表面碰撞， 如果它们以足够的能量与固体表面碰撞， 但又不足以发生核反应， 但又不足以发生核反应，这时所发生的种种次 级反应是近代真空技术感兴趣的内容。 级反应是近代真空技术感兴趣的内容。 1）在可控热核反应真空空间，从等离子体 ）在可控热核反应真空空间， 内所逃逸的核能离子撞击器壁表面， 内所逃逸的核能离子撞击器壁表面，产生气相 杂质。严重地影响等离子体的浓度和温度。 杂质。严重地影响等离子体的浓度和温度。 2）高能加速器交叉储存环要求良好的超高 ） 真空环境，然而， 真空环境，然而，加速粒子对壁面的轰击脱附 出气，会破坏已近达到的真空度； 出气，会破坏已近达到的真空度；
产生的Ar 以高能量打到阴极晶片上，实现刻蚀。 产生的 +以高能量打到阴极晶片上，实现刻蚀。刻 蚀时晶片必须水冷且对晶片冷却必须有效。磁头Ion 蚀时晶片必须水冷且对晶片冷却必须有效。磁头 milling刻蚀深度在 刻蚀深度在50-200nm范围内。 范围内。 刻蚀深度在 范围内 b.离子束刻蚀：有一个独立产生离子的离子源系 离子束刻蚀： 离子束刻蚀 产生的离子可以聚焦成细束， 统，产生的离子可以聚焦成细束，可以通过摆动和移 动系统由计算机控制进行无掩膜的刻蚀。 动系统由计算机控制进行无掩膜的刻蚀。 c.等离子刻蚀： 等离子刻蚀： 等离子刻蚀 是以化学反应为主兼有物理作用的刻蚀工艺。 是以化学反应为主兼有物理作用的刻蚀工艺。它 是在溅射时通如活性气体， 是在溅射时通如活性气体，通常选用含有一种或多种 卤族原子的分子气体用于等离子体腐蚀硅、 卤族原子的分子气体用于等离子体腐蚀硅、硅化物和 一些金属。 一些金属。 如计算机磁头的加工， 如计算机磁头的加工，其基材主要是陶瓷材料 Al2O3 • TiC,采用 采用RIE(活化离子刻蚀），通如 、CF4、 活化离子刻蚀），通如Ar、 采用 活化离子刻蚀），通如 、 C2F6等气体，与Al2O3•TiC反应，即是以化学反应为主 等气体， 反应， 反应 兼有物理刻蚀的工艺。 兼有物理刻蚀的工艺。
3）重粒子对材料的溅射剥蚀是溅射粒子泵、 ）重粒子对材料的溅射剥蚀是溅射粒子泵、 溅射镀膜、离子刻蚀的基本工作依据； 溅射镀膜、离子刻蚀的基本工作依据； 4）氩氧混合辉光放电、氩离子轰击是获得 ）氩氧混合辉光放电、 清洁表面的有效手段； 清洁表面的有效手段； 5）电子轰击加热、电子轰击分解是电离规、 ）电子轰击加热、电子轰击分解是电离规、 电真空器件电极出气的重要方法之一。 电真空器件电极出气的重要方法之一。 6）软X射线光电流、电子诱导脱附是影响 射线光电流、 ） 射线光电流 电离规测量下限的因素。 电离规测量下限的因素。 用这些粒子以及热、 用这些粒子以及热、强电场为探针作用 于固体表面，然后分析出射粒子的状况， 于固体表面，然后分析出射粒子的状况，已获 得固体表面的丰富信息，这就是上个世纪七十 得固体表面的丰富信息， 年代发展起来的表面分析技术。 年代发展起来的表面分析技术。
二、溅射的基本原理
要实现溅射镀膜，关键是要获得高能量的离子， 要实现溅射镀膜，关键是要获得高能量的离子， 高能量的离子从哪里来？ 高能量的离子从哪里来？ 溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应， 溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应， 建立在辉光放电的基础之上， 而整个溅射过程都是 建立在辉光放电的基础之上，即 溅射离子都来源于气体放电。 溅射离子都来源于气体放电。+ -V 辉光放电分为
3.现代表面分析技术的手段： 现代表面分析技术的手段： 现代表面分析技术的手段 1） 透射电子显微镜 ） 透射电子显微镜EM)和扫描电子显微镜 和扫描电子显微镜 （SEM)； ； 2） 声学成象和声显微镜 ） 声学成象和声显微镜(SAM)； ； 3 ) 扫描隧道显微镜 扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜 和原子力显微镜AFM)； 和原子力显微镜 ； 4 ) X光衍射仪； 光衍射仪； 光衍射仪 5 ) 低能电子衍射仪 低能电子衍射仪(LEED)； ； 6 ) 俄歇电子能谱 俄歇电子能谱(AES)； ； 7 ) X射线光电子能谱 射线光电子能谱(XPS)； 射线光电子能谱 ； 8） 二次离子质谱仪 ） 二次离子质谱仪(SIMS)； ； 9） 卢瑟福背散射能谱分析 ） 卢瑟福背散射能谱分析(RBS)； ； 10） 沟道技术； ） 沟道技术； 11） 热波检测和热波成象技术。 ） 热波检测和热波成象技术。
C.溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度高。 溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度高。 溅射镀膜密度高 它不存在真空蒸镀无法避免的坩埚污染现象。 它不存在真空蒸镀无法避免的坩埚污染现象。 D.膜厚可控性和重复性好。放电电流和靶电流可 膜厚可控性和重复性好。 膜厚可控性和重复性好 分别控制。 分别控制。 缺点： 缺点： 1）设备复杂，需高压装置。 ）设备复杂，需高压装置。 2）基板温度高，易受杂质影响。 ）基板温度高，易受杂质影响。 3）速率底。蒸镀为：0.1~5um/min,溅镀为： 溅镀为： ）速率底。蒸镀为： 溅镀为 0.01~0.5/min. 由于射频技术和磁控溅射技术的发展， 由于射频技术和磁控溅射技术的发展，在实现快 速溅射和降低基板温度方面已获得了很大进步。 速溅射和降低基板温度方面已获得了很大进步。
对溅射镀膜一般用氩作入射离子，原因有 对溅射镀膜一般用氩作入射离子，原因有: 1)经济 经济; 经济 2)可避免与靶材起化学反应。 可避免与靶材起化学反应。 可避免与靶材起化学反应 5.溅射的作用 溅射的作用
在预溅射时， 在预溅射时，在靶面的正前方应有一个活动挡 板挡住基片使其免遭污染。 板挡住基片使其免遭污染。 2）衬底的预处理 ） a.任何材料在装入真空室之前都要进行化学清洗 任何材料在装入真空室之前都要进行化学清洗 或适当的除尘处理； 或适当的除尘处理； b.在沉积膜之前，如果将基片接负电位，利用辉 在沉积膜之前， 在沉积膜之前 如果将基片接负电位， 光放电，气体离子可对基片进行轰击实现溅射清洗： 光放电，气体离子可对基片进行轰击实现溅射清洗： 一可清除表面的吸附气体、各种污染物和氧化物； 一可清除表面的吸附气体、各种污染物和氧化物； 除掉粘附力弱的淀积粒子； 二可 除掉粘附力弱的淀积粒子； 三可使其表面增加活性使沉积膜与基片之间的附 着力增加。 着力增加。 3）溅射的刻蚀作用 ） 溅射可以实现微米、亚微米和纳米级的微细加工。 溅射可以实现微米、亚微米和纳米级的微细加工。 a.溅射刻蚀：待刻蚀的样品作为阴极，辉光放电 溅射刻蚀： 溅射刻蚀 待刻蚀的样品作为阴极，
真空镀膜分为(蒸发镀膜 真空镀膜分为 蒸发镀膜 ) 、(离子镀膜 )、(溅射镀膜 )和(化学气相沉积 )四种 离子镀膜 、 溅射镀膜 和 化学气相沉积 四种 形式,按功能要求可分为 装饰性镀膜)和 功能性镀膜 按功能要求可分为(装饰性镀膜 功能性镀膜)。 形式 按功能要求可分为 装饰性镀膜 和(功能性镀膜 。 2. 溅射是指荷能粒子轰击(固体表面），使 固体原子或分子 固体表面）， 固体原子或分子） 射出的现象。 溅射是指荷能粒子轰击 固体表面），使(固体原子或分子）从表面 射出的现象。 利用溅射现象沉积薄膜的技术叫(溅射镀膜 溅射镀膜)。 利用溅射现象沉积薄膜的技术叫 溅射镀膜 。 3中性原子在室温下的热运动能约为 中性原子在室温下的热运动能约为(0.026eV); 中性原子在室温下的热运动能约为 4蒸发源蒸发出来的原子能量约 蒸发源蒸发出来的原子能量约(0.1eV)。 蒸发源蒸发出来的原子能量约 。 5、溅射镀膜的特点正确的是 、溅射镀膜的特点正确的是:(A,B,C,D) A.任何物质均可以溅射，尤其是高溶点，低蒸气压的元素和化合物。 任何物质均可以溅射， 任何物质均可以溅射 尤其是高溶点，低蒸气压的元素和化合物。 B金属、半导体、绝缘体、化合物和混合物等，只要是固体，不论是块状、粒状 金属、 金属 半导体、绝缘体、化合物和混合物等，只要是固体，不论是块状、 都可以作为靶材。 都可以作为靶材。 C溅射氧化物等绝缘材料和合金时可制得与靶材料相近的薄膜和组分均匀的合金 溅射氧化物等绝缘材料和合金时可制得与靶材料相近的薄膜和组分均匀的合金 超导膜。 膜、超导膜。 D溅射膜与基板的附着性好； 溅射膜与基板的附着性好； 溅射膜与基板的附着性好 6.(沉积 和(刻蚀 是溅射过程的两种应用。 沉积)和 刻蚀 是溅射过程的两种应用。 刻蚀)是溅射过程的两种应用 沉积 7.靶材有 烧结 和(热压 两种。(热压靶材 含有大量的 靶材有(烧结 热压)两种 热压靶材)含有大量的 靶材有 烧结)和 热压 两种。 热压靶材 气体。 预溅射 可以使这些气体得到释放后被抽走。 预溅射)可以使这些气体得到释放后被抽走 气体。(预溅射 可以使这些气体得到释放后被抽走。 b. 对一个纯金属靶来说，它的表面会有一层(氧化 对一个纯金属靶来说，它的表面会有一层 氧化 物)，要想获得纯金属膜，必须将这层氧化物去掉； ，要想获得纯金属膜，必须将这层氧化物去掉； c. 对合金或化合物靶，也必须作 预溅射 ，使靶 对合金或化合物靶，也必须作(预溅射 预溅射)， 面露出新材料。 面露出新材料。 1.