磁控溅射就是在外加电场的两极之间引入一个磁场。这个磁场使得电子受到洛伦兹力的束缚作用,其运动路线受到控制,因此大幅度增加了电子与Ar分子(原子)碰撞的几率,提高了气体分子的电离程度,从而使溅射效率得到很大的提升。溅射现象自发现以来己被普遍应用在多种薄膜的制备中,如制备金属、半导体、合金、氧化物以及化合物半导体等。磁控溅射包括很多种类。各有不同工作原理和应用对象。但有一共同点:利用磁场与电场交互作用,使电子在靶表面附近成螺旋状运行,从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。磁控溅射在技术上可以分为直流(DC)磁控溅射、中频(MF)磁控溅射、射频(RF)磁控溅射。磁控溅射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。吉林直流磁控溅射步骤
磁控溅射设备原子的能量比蒸发原子的能量大许多倍;入射离子的能量很低时,溅射原子角散布就不完全符合余弦散布规律。角散布还与入射离子方向有关。从单晶靶溅射出来的原子趋向于集中在晶体密度大的方向,因为电子的质量很小,所以即便运用具有高能量的电子炮击靶材也不会发生溅射现象。因为溅射是一个杂乱的物理进程,涉及的因素许多,长期以来关于溅射机理虽然进行了许多的研究,提出过许多的理论,但都难以完善地解说溅射现象。广东省科学院半导体研究所。北京双靶磁控溅射过程真空室中装有辉光放电的阴极,靶材就装在此极表面上,接受离子轰击。
真空磁控溅射镀膜技术的特点:1、沉积速率大:由于采用高速磁控电极,可获得的离子流很大,有效提高了此工艺镀膜过程的沉积速率和溅射速率。与其它溅射镀膜工艺相比,磁控溅射的产能高、产量大、于各类工业生产中得到普遍应用。2、功率效率高:磁控溅射靶一般选择200V-1000V范围之内的电压,通常为600V,因为600V的电压刚好处在功率效率的较高有效范围之内。3、溅射能量低:磁控靶电压施加较低,磁场将等离子体约束在阴极附近,可防止较高能量的带电粒子入射到基材上。
磁控溅射的优点:(1)基板有低温性。相对于二级溅射和热蒸发来说,磁控溅射加热少。(2)有很高的沉积率。可溅射钨、铝薄膜和反应溅射TiO2、ZrO2薄膜。(3)环保工艺。磁控溅射镀膜法生产效率高,没有环境污染。(4)涂层很好的牢固性,溅射薄膜与基板,机械强度得到了改善,更好的附着力。(5)操作容易控制。镀膜过程,只要保持压强、电功率溅射条件稳定,就能获得比较稳定的沉积速率。(6)成膜均匀。溅射的薄膜密度普遍提高。(7)溅射的金属膜通常能获得良好的光学性能、电学性能及某些特殊性能。(8)溅射可连续工作,镀膜过程容易自动控制,工业上流水线作业。磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。
磁控溅射的工艺研究:1、系统参数:工艺会受到很多参数的影响。其中,一些是可以在工艺运行期间改变和控制的;而另外一些则虽然是固定的,但是一般在工艺运行前可以在一定范围内进行控制。两个重要的固定参数是:靶结构和磁场。2、靶结构:每个单独的靶都具有其自身的内部结构和颗粒方向。由于内部结构的不同,两个看起来完全相同的靶材可能会出现迥然不同的溅射速率。在镀膜操作中,如果采用了新的或不同的靶,应当特别注意这一点。如果所有的靶材块在加工期间具有相似的结构,调节电源,根据需要提高或降低功率可以对它进行补偿。在一套靶中,由于颗粒结构不同,也会产生不同的溅射速率。这也需要在镀膜期间加以注意。不过,这种情况只有通过更换靶材才能得到解决,这时候为了得到优良的膜层,必须重新调整功率或传动速度。因为速度对于产品是至关重要的,所以标准而且适当的调整方法是提高功率。有些镀膜要用到射频电源,如功率大,需做好屏蔽处理。北京双靶磁控溅射过程
磁铁有助于加速薄膜的生长,因为对原子进行磁化有助于增加目标材料电离的百分比。吉林直流磁控溅射步骤
真空磁控溅射的分类:平面磁控溅射:平衡平面溅射是较常用的平面靶磁控溅射,磁力线有闭合回路且与阴极平行,即在阴极表面构成一个正交的电磁场环形区域。等离子体被束缚在靶表面距离靶面大约60cm的区域,通常在基片上加负偏压来改善膜与基体的结合能力;非平衡平面磁控溅射为了将等离子区域扩展,利用磁体摆放方式的调整,可以方便的获得不同的非平衡磁控源。圆柱磁控溅射沉积技术:利用圆柱形磁控阴极实现溅射的技术磁控源是关键部分,阴极在中心位置的叫磁控源;阳极在中心位置的叫反磁控源。吉林直流磁控溅射步骤
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