真空磁控濺射技術(shù)的特點:磁控濺射是由二極濺射基礎(chǔ)上發(fā)展而來,在靶材表面建立與電場正交磁場,解決了二極濺射沉積速率低,等離子體離化率低等問題,成為鍍膜工業(yè)主要方法之一。磁控濺射與其它鍍膜技術(shù)相比具有如下特點:可制備成靶的材料廣,幾乎所有金屬,合金和陶瓷材料都可以制成靶材;在適當條件下多元靶材共濺射方式,可沉積配比精確恒定的合金;在濺射的放電氣氛中加入氧、氮或其它活性氣體,可沉積形成靶材物質(zhì)與氣體分子的化合物薄膜;通過精確地控制濺射鍍膜過程,容易獲得均勻的高精度的膜厚;通過離子濺射靶材料物質(zhì)由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài),濺射靶的安裝不受限制,適合于大容積鍍膜室多靶布置設(shè)計;濺射鍍膜速度快,膜層致密,附著性好等特點,很適合于大批量,高效率工業(yè)生產(chǎn)。一般的濺射法可被用于制備金屬、半導體、絕緣體等多材料,且具有設(shè)備簡單、易于控制、附著力強等優(yōu)點。廣州雙靶磁控濺射優(yōu)點
磁控濺射的基本原理是利用Ar一O2混合氣體中的等離子體在電場和交變磁場的作用下,被加速的高能粒子轟擊靶材表面,能量交換后,靶材表面的原子脫離原晶格而逸出,轉(zhuǎn)移到基體表面而成膜。磁控濺射的特點是成膜速率高,基片溫度低,膜的粘附性好,可實現(xiàn)大面積鍍膜。該技術(shù)可以分為直流磁控濺射法和射頻磁控濺射法。磁控濺射是70年代迅速發(fā)展起來的一種“高速低溫濺射技術(shù)”。磁控濺射是在陰極靶的表面上方形成一個正交電磁場。當濺射產(chǎn)生的二次電子在陰極位降區(qū)內(nèi)被加速為高能電子后,并不直接飛向陽極,而是在正交電磁場作用下作來回振蕩的近似擺線的運動。高能電子不斷與氣體分子發(fā)生碰撞并向后者轉(zhuǎn)移能量,使之電離而本身變成低能電子。這些低能電子較終沿磁力線漂移到陰極附近而被吸收,避免高能電子對極板的強烈轟擊,消除了二極濺射中極板被轟擊加熱和被電子輻照引起的損傷,體現(xiàn)出磁控濺射中極板“低溫”的特點。由于外加磁場的存在,電子的復雜運動增加了電離率,實現(xiàn)了高速濺射。磁控濺射的技術(shù)特點是要在陰極靶面附件產(chǎn)生與電場方向垂直的磁場,一般采用永久磁鐵實現(xiàn)。北京高溫磁控濺射工藝電離原子更容易與薄膜工藝中涉及的其他粒子相互作用,因此更有可能在基底上沉積。
高速率磁控濺射的一個固有的性質(zhì)是產(chǎn)生大量的濺射粒子而獲得高的薄膜沉積速率。高的沉積速率意味著高的粒子流飛向基片,導致沉積過程中大量粒子的能量被轉(zhuǎn)移到生長薄膜上,引起沉積溫度明顯增加。由于濺射離子的能量大約70%需要從陰極冷卻水中帶走,薄膜的較大濺射速率將受到濺射靶冷卻的限制。冷卻不但靠足夠的冷卻水循環(huán),還要求良好的靶材導熱率及較薄膜的靶厚度。同時高速率磁控濺射中典型的靶材利用率只有20%~30%,因而提高靶材利用率也是有待于解決的一個問題。
磁控濺射的工藝研究:1、傳動速度:玻璃基片在陰極下的移動是通過傳動來進行的。低傳動速度使玻璃在陰極范圍內(nèi)經(jīng)過的時間更長,這樣就可以沉積出更厚的膜層。不過,為了保證膜層的均勻性,傳動速度必須保持恒定。鍍膜區(qū)內(nèi)一般的傳動速度范圍為每分鐘0~600英寸之間。根據(jù)鍍膜材料、功率、陰極的數(shù)量以及膜層的種類的不同,通常的運行范圍是每分鐘90~400英寸之間。2、距離與速度及附著力:為了得到較大的沉積速率并提高膜層的附著力,在保證不會破壞輝光放電自身的前提下,基片應當盡可能放置在離陰極較近的地方。濺射粒子和氣體分子的平均自由程也會在其中發(fā)揮作用。當增加基片與陰極之間的距離,碰撞的幾率也會增加,這樣濺射粒子到達基片時所具有的能力就會減少。所以,為了得到較大的沉積速率和較好的附著力,基片必須盡可能地放置在靠近陰極的位置上?;逵械蜏匦?,相對于二級濺射和熱蒸發(fā)來說,磁控濺射加熱少。
脈沖磁控濺射的分類:(1)單向脈沖:單向脈沖正電壓段的電壓為零!濺射發(fā)生在負電壓段。由于零電壓段靶表面電荷中和效果不明顯。(2)、雙向脈沖:雙向脈沖在一個周期內(nèi)存在正電壓和負電壓兩個階段,在負電壓段,電源工作于靶材的濺射,正電壓段,引入電子中和靶面累積的正電荷,并使表面清潔,裸露出金屬表面。雙向脈沖更多地用于雙靶閉合式非平衡磁控濺射系統(tǒng),系統(tǒng)中的兩個磁控靶連接在同一脈沖電源上,兩個靶交替充當陰極和陽極。陰極靶在濺射的同時,陽極靶完成表面清潔,如此周期性地變換磁控靶極性,就產(chǎn)生了“自清潔”效應。在微電子領(lǐng)域作為一種非熱式鍍膜技術(shù),主要應用在化學氣相沉積或金屬有機。山西磁控濺射工藝
使用鉆頭的人射頻磁控濺射過程的第一步是將基片材料置于真空中真空室。廣州雙靶磁控濺射優(yōu)點
直流濺射的結(jié)構(gòu)原理:真空室中裝有輝光放電的陰極,靶材就裝在此極表面上,接受離子轟擊;安裝鍍膜基片或工件的樣品臺以及真空室接地,作為陽極。操作時將真空室抽至高真空后,通入氬氣,并使其真空度維持在1.0Pa左右,再加上2-3kV的直流電壓于兩電極之上,即可產(chǎn)生輝光放電。此時,在靶材附近形成高密度的等離子體區(qū),即負輝區(qū)該區(qū)中的離子在直流電壓的加速下轟擊靶材即發(fā)生濺射效應。由靶材表面濺射出來的原子沉積在基片或工件上,形成鍍層。廣州雙靶磁控濺射優(yōu)點