磁控溅射镀膜技术综合介绍样本.doc

一.磁控溅射电镀上世纪80年代开始，磁控溅射技术得到迅猛发展，其应用领域得到了极大推广。当前磁控溅射技术已经在镀膜领域占有举足轻重地位，在工业生产和科学领域发挥着极大作用。正是近来市场上各方面对高质量薄膜日益增长需要使磁控溅射不断发展。在许多方面，磁控溅射薄膜体现都比物理蒸发沉积制成要好；并且在同样功能下采用磁控溅射技术制得可以比采用其她技术制得要厚。因而，磁控溅射技术在许多应用领域涉及制造硬、抗磨损、低摩擦、抗腐蚀、装潢以及光电学薄膜等方面具备重要是影响。磁控溅射技术得以广泛应用,是由该技术有别于其他镀膜办法特点所决定。其特点可归纳为:可制备成靶材各种材料均可作为薄膜材料,涉及各种金属、半导体、铁磁材料,以及绝缘氧化物、陶瓷等物质,特别适合高熔点和低蒸汽压材料沉积镀膜在恰当条件下多元靶材共溅射方式,可沉积所需组分混合物、化合物薄膜;在溅射放电气中加入氧、氮或其他活性气体,可沉积形成靶材物质与气体分子化合物薄膜;控制真空室中气压、溅射功率,基本上可获得稳定沉积速率,通过精准地控制溅射镀膜时间,容易获得均匀高精度膜厚,且重复性好;溅射粒子几乎不受重力影响,靶材与基片位置可自由安排;基片与膜附着强度是普通蒸镀膜10倍以上,且由于溅射粒子带有高能量,在成膜面会继续表面扩散而得到硬且致密薄膜,同步高能量使基片只要较低温度即可得到结晶膜;薄膜形成初期成核密度高,故可生产厚度10nm如下极薄持续膜。1.磁控溅射工作原理：磁控溅射属于辉光放电范畴，运用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到元件表面形成所需膜层。磁控原理就是采用正交电磁场特殊分布控制电场中电子运动轨迹，使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动，因而大大增长了与气体分子碰撞几率。用高能粒子(大多数是由电场加速气体正离子)撞击固体表面(靶)，使固体原子(分子)从表面射浮现象称为溅射。溅射现象很早就为人们所结识，通过前人大量实验研究，咱们对这一重要物理现象得出如下几点结论:(1)溅射率随入射离子能量增长而增大;而在离子能量增长到一定限度时，由于离子注入效应，溅射率将随之减小;(2)溅射率大小与入射粒子质量关于:(3)当入射离子能量低于某一临界值(阀值)时，不会发生溅射;(4)溅射原子能量比蒸发原子能量大许多倍;(5)入射离子能量很低时，溅射原子角分布就不完全符合余弦分布规律。角分布还与入射离子方向关于。从单晶靶溅射出来原子趋向于集中在晶体密度最大方向。(6)由于电子质量很小，因此虽然使用品有极高能量电子轰击靶材也不会产生溅射现象。由于溅射是一种极为复杂物理过程，涉及因素诸多，长期以来对于溅射机理虽然进行了诸多研究，提出过许多理论，但都难以完善地解释溅射现象。2.辉光放电：辉光放电是在真空度约为一稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生一种气体放电现象。溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电基本之上，即溅射离子都来源于气体放电。不同溅射技术所采用辉光放电方式有所不同，直流二极溅射运用是直流辉光放电，磁控溅射是运用环状磁场控制下辉光放电。如图所示为一种直流气体放电体系，在阴阳两极之间由电动势为直流电源提供电压和电流，并以电阻作为限流电阻。在电路中，各参数之间应满足下述关系：V=E-IR使真空容器中Ar气压力保持一定，并逐渐提高两个电极之间电压。在开始时，电极之间几乎没有电流通过，由于这时气体原子大多仍处在中性状态，只有很少量电离粒子在电场作用下做定向运动，形成极为薄弱电流，即图(b)中曲线开始阶段所示那样。随着电压逐渐地升高，电离粒子运动速度也随之加快，即电流随电压上升而增长。当这某些电离粒子速度达到饱和时，电流不再随电压升高而增长。此时，电流达到了一种饱和值（相应于图曲线第一种垂直段）。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碰撞变得重要起来。在碰撞趋于频繁同步，外电路转移给电子与离子能量也在逐渐增长。一方面，离子对于阴极碰撞将使其产生二次电子发射，而电子能量也增长到足够高水平，它们与气体分子碰撞开始导致后者发生电离，如图(a)所示。这些过程均产生新离子和电子，即碰撞过程使得离子和电子数目迅速增长。这时，随着放电电流迅速增长，电压变化却不大。这一放电阶段称为汤生放电。在汤生放电阶段后期，放电开始进入电晕放电阶段。这时，在电场强度较高电极尖端部位开始浮现某些跳跃电晕光斑。因而，这一阶段称为电晕放电。在汤生放电阶段之后，气体会突然发生放电击穿现象。这时，气体开始具备了相称导电能力，咱们将这种具备了一定导电能力气体称为等离子体。此时，电路中电流大幅度增长，同步放电电压却有所下降。这是由于这时气体被击穿，因而气体电阻将随着气体电离度增长而明显下降，放电区由本来只集中于阴极边