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一、DC Sputtering原理:(适合导体材料的溅镀)
?
在真空溅镀舱中,打入Ar,电极加数KV的直流电,因而产生辉光放电。
辉光放电将产生Ar(?)电浆,电浆中?因阴极电位降而加速(阴极带负电荷),冲撞target表面,使target表面粒子溅射,溅射粒子沉积于substrate上,形成薄膜。
如何计算到substrate的溅射粒子数目呢?假设溅射到substrate的溅镀粒子总量Q,则?
?: 常数, ?: target 的蒸发总量,P: 溅镀用气体压力,d: target到substrate的距离。
?
?:target离子电流,e:电子电荷量,s:溅镀速率,A:溅镀物原子量,N: ?一般来说,溅镀时的放电电流?,?为放电压,所以?,?取决于target。
?
所以溅镀于substrate的量正比于溅镀装置消耗电力(? ),反比于气体压力及target到substrate的距离。
二、RF Sputtering原理:(适合所有固体材料之溅镀)
?
如果target为绝缘体,则由于target表面带正电位(target接负电(阴极)),因而造成靶材表面与阳极的电位差消失,不会持续放电,无法产生辉光放电效应,所以若将直流供电改为RF电源,则绝缘体的target亦可维持辉光放电。
接RF电源后,电浆中电子移动度将大于离子移动度,target表面累积过剩电子,target表面直流偏压为负电位,如此即可溅镀。
为使电力充分导入放电,在高周波电源及电极间插入阻抗匹配电路。阻抗匹配电路与target电极间串联电容器,绝缘体target也会激起负电位偏压。此负电位约在高周波溅镀施加电压的峰值(实效值的 ?倍)。
Target在水冷时同时施加RF高电压,所以水冷配管要使用teflon等绝缘物,并用电阻高的冷却水,放电阻抗一般为1~10?,以将匹配电路整合成电源的50?。
假设溅镀装置流入target电流密度为?
?
C: 电浆与target间的静电容量, ?为target表面电位对时间的变化量。
Note: RF的频率不可过高,否则会不易对target供给电力。
?增加的话,则越容易产生溅镀。(也就是说在越短的时间内表面负电位增加越多的话,越容易溅镀,所以在RF供电频率容许范围内,增加RF频旅可增加成膜率)
溅镀,通常指的是磁控溅镀,属于高速低温溅镀法.
该工艺要求真空度在1×10-3Torr左右,即1.3×10-3Pa的真空状态充入惰性气体氩气(Ar),并在塑胶基材(阳极)和金属靶材(阴极)之间加上高压直流电,由于辉光放电(glow discharge)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轰出,沉积在塑胶基材上.
原理
以几十电子伏特或更高动能的荷电粒子轰击材料表面,使其溅射出进入气相,可用来刻蚀和镀膜。入射一个离子所溅射出的原子个数称为溅射产额(Yield)产额越高溅射速度越快,以Cu,Au,Ag等最高,Ti,Mo,Ta,W等最低。一般在0.1-10原子/离子。离子可以直流辉光放电(glow discharge)产生,在10-1—10 Pa真空度,在两极间加高压产生放电,正离子会轰击负电之靶材而溅射也靶材,而镀至被镀物上。
正常辉光放电(glow discharge)的电流密度与阴极物质与形状、气体种类压力等有关。溅镀时应尽可能维持其稳定。任何材料皆可溅射镀膜,即使高熔点材料也容易溅镀,但对非导体靶材须以射频(RF)或脉冲(pulse)溅射;且因导电性较差,溅镀功率及速度较低。金属溅镀功率可达10W/cm2,非金属<5W/cm2
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