磁控濺射原理

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1、磁控濺射原理815－TCO1outline磁控濺射原理磁控濺射分類直流平面靶濺鍍Al電極中頻旋轉(zhuǎn)靶濺鍍ZAO和ITO2磁控濺射原理直流輝光放電右圖為直流輝光放電的發(fā)光區(qū)電位分布及凈空間電荷沿極間距的分布圖?？拷帢O有一明亮的發(fā)光區(qū)，稱為陰極輝光區(qū)。電子在陰極暗區(qū)發(fā)生大量的電離碰撞，正離子被加速射向陰極。但是正離子的遷移率遠(yuǎn)低于電子的遷移率，凈空間電荷呈正值，在陰極表面附近形成一個(gè)正離子殼層。陰極暗區(qū)是氣體輝光放電的最基本組成部分。在負(fù)輝光區(qū)，電子碰撞氣體原子產(chǎn)生強(qiáng)烈的發(fā)光。法拉第暗區(qū)和正柱區(qū)幾乎是等電位區(qū)，不一定是輝光放電所必需。3磁控濺

2、射原理低頻交流輝光放電在頻率低于50KHz的交流電壓下，離子有足夠的活動(dòng)能力且有充分的時(shí)間，在每個(gè)半周期在各個(gè)電極上建立直流輝光放電。其機(jī)理基本上與直流輝光放電相同。射頻輝光放電在一定氣壓下，在陰陽(yáng)極之間施加交流電壓，當(dāng)其頻率增高到射頻頻率時(shí)即可產(chǎn)生穩(wěn)定的射頻輝光放電。射頻輝光放電在輝光放電空間中電子震蕩足以產(chǎn)生電離碰撞的能量，所以減小了放電對(duì)二次電子的依賴，并且能有效降低擊穿電壓。射頻電壓可以穿過(guò)任何種類的阻抗，所以電極就不再要求是導(dǎo)電體，可以濺射任何材料，因此射頻輝光放電廣泛用于介質(zhì)的濺射。頻率在5～30MHz都稱為射頻頻率。4磁控濺

3、射原理濺射原理濺射過(guò)程即為入射離子通過(guò)一系列碰撞進(jìn)行能量和動(dòng)量交換的過(guò)程。電子在電場(chǎng)的作用下加速飛向基片的過(guò)程中與Ar原子發(fā)生碰撞，電離出大量的Ar離子和電子，電子飛向基片，在此過(guò)程中不斷和Ar原子碰撞，產(chǎn)生更多的Ar離子和電子。Ar離子在電場(chǎng)的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉積在基片上成膜。靶材基片V(<0)E+ArAr+-e-e-e+Ar+5電子在電場(chǎng)力作用下迅速飛向基片表面：一般濺射鍍膜的不足電子與Ar原子碰撞幾率低，Ar離子密度偏低，濺射效率低，成膜速度慢。電子運(yùn)動(dòng)路徑短，轟擊在基片上速度快，導(dǎo)

4、致基片溫度升高。磁控濺射原理6磁控濺射原理電子在加速飛向基片的過(guò)程中受到磁場(chǎng)洛侖磁力的影響，被束縛在靠近靶面的等離子體區(qū)域內(nèi)，并在磁場(chǎng)的作用下圍繞靶面作圓周運(yùn)動(dòng)，該電子的運(yùn)動(dòng)路徑很長(zhǎng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷的與氬原子發(fā)生碰撞電離出大量的氬離子轟擊靶材，經(jīng)過(guò)多次碰撞后電子的能量逐漸降低，擺脫磁力線的束縛，遠(yuǎn)離靶材，最終沉積在基片上。電子運(yùn)動(dòng)路徑變長(zhǎng)，與Ar原子碰撞幾率增加，提高濺射效率。電子只有在其能量將耗盡時(shí)才會(huì)落到基片上，基片溫度上升慢。7磁控濺射的優(yōu)點(diǎn)穩(wěn)定性好重復(fù)性好均勻性好高速低溫應(yīng)用廣泛金屬非金屬金屬化合物非金屬化合物8影響濺鍍效率的因

5、素磁場(chǎng)分布濺射速率沉積速率工作氣壓工作電壓濺射功率靶基距9反應(yīng)濺射中的金屬靶中毒金屬靶表面不斷與反應(yīng)氣體（O2等）生成化合物覆蓋層從而使濺射速率大幅度下降甚至不濺射，稱之為靶中毒。過(guò)多的反應(yīng)氣體（O2等)使金屬靶材表面被氧化。任何不穩(wěn)定因素（如：電?。┒寄芷茐南到y(tǒng)的平衡，導(dǎo)致靶中毒。在直流濺射中要非常注意濺射參數(shù)的控制。使用射頻磁控濺射可解決靶中毒問(wèn)題。使用中頻磁控濺射可杜絕靶中毒問(wèn)題。10磁控濺射分類射頻（RF）磁控濺射直流（DC）磁控濺射中頻（MF）磁控濺射11射頻（RF）磁控濺射射頻磁控濺射的特點(diǎn)：電流大，濺射速率高，產(chǎn)量大膜層與基

6、體的附著力比較強(qiáng)向基片的入射能量低，避免了基片溫度的過(guò)度升高大功率的射頻電源價(jià)格較高，對(duì)于人身防護(hù)也成問(wèn)題。裝置較復(fù)雜，存在絕緣、屏蔽、匹配網(wǎng)絡(luò)裝置與安裝、電極冷卻等多種裝置部件。射頻濺射不適于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。1-磁極2-屏蔽罩3-基片4-基片加熱裝置5-濺射靶6-磁力線7-電場(chǎng)8-擋板9-匹配網(wǎng)絡(luò)10-電源11-射頻發(fā)生器右圖為射頻磁控濺射實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。12直流（DC）磁控濺射1-磁極2-屏蔽罩3-基片4-基片加熱裝置5-濺射靶6-磁力線7-電場(chǎng)8-擋板直流磁控濺射裝置圖與射頻磁控濺射裝置圖相比，其不需要外部復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)匹配裝置和昂貴的射

7、頻電源裝置，適合濺射導(dǎo)體或者半導(dǎo)體材料?，F(xiàn)已經(jīng)在工業(yè)上大量使用。ⅰ.直流磁控濺射的特點(diǎn)ⅱ.靶材直流磁控濺射沉積薄膜一般用平面靶。圓形平面靶：η≤15%矩形平面靶：η～30%13直流（DC）磁控濺射14中頻（MF）磁控濺射中頻交流磁控濺射可用在單個(gè)陰極靶系統(tǒng)中。工業(yè)上一般使用孿生靶濺射系統(tǒng)。15中頻（MF）磁控濺射中頻交流孿生靶濺射的兩個(gè)靶位上的工作波形16TwinMagII中頻（MF）磁控濺射17一種典型的平面矩形靶中頻（MF）磁控濺射18中頻（MF）磁控濺射19旋轉(zhuǎn)靶的優(yōu)點(diǎn)靶材利用率最高可達(dá)70%以上靶材有更長(zhǎng)的使用壽命更快的濺射速率杜

8、絕靶中毒現(xiàn)象中頻（MF）磁控濺射20中頻孿生旋轉(zhuǎn)靶磁控濺射中頻（MF）磁控濺射21中頻（MF）磁控濺射中頻反應(yīng)磁控濺射中的“遲滯回線”現(xiàn)象Processcontrol:highdepositi