溅射薄膜沉积06.pdf

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溅射薄膜沉积
⊙薄膜
在基片上形成的厚度从单原子层到约 5μm 的物质。
----特点:具有不同于固体块材的表面效应。
⊙各种沉积薄膜的技术



⊙溅射产生背景:辉光放电,异常辉光放电中,放电装置壁沉
积导电薄膜。

⊙定义:荷能粒子轰击固体材料,使材料以原子状态从表
面逸出的现象。
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荷能粒子:离子、原子或分子(电子?)
表面作用:溅射---->唯一?
⊙溅射历史
●1853 年:法拉第气体放电实验,发现沉积现象,
但没有引起重视。
●1902 年:证实膜是正离子轰击阴极的溅射产物
●1960:Bell 实验室溅射沉积 IC 中 Ta 膜
●1965 年:IBM 采用 rf 溅射沉积绝缘膜
●1969 年:三级溅射
●1974 年:平面磁控溅射








⊙溅射产生条件: 被轰击物质-----任何物质
入射粒子阈能---克服结合力,结合能
⊙溅射产生过程:入射离子---->碰撞靶原子---->原子离
位---->级连碰撞---->到达表面---->离开表面

溅射阈能:引起靶材原子发生位移的入射粒子的最小能
量
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入射原子入射原子
He+ Ar+ K+ Xe+ He+ Ar+ K+ Xe+
靶材靶材
Be 12 15 15 15 Mo 24 24 28 27
AI 13 13 15 18 Rh 25 24 25 25
TI 22 20 27 28 Pd 20 20 20 15
V 21 23 25 28 Ag 12 15 15 17
Cr 22 22 18 20 Ta 25 26 30 30
Fe 22 20 25 23 W 35 33 30 30
Co 20 25 22 22 Re 35 35 25 30
Ni 23 21 25 20 Pt 27 25 22 22
Cu 17 17 16 15 Au 20 20 20 18
Ge 23 25 22 18 Th 20 24 25 25
Zr 23 22 18 25 U 20 23 25 22
Nb 27 25 26 32


⊙溅射阈能特点:与靶材、入射有关。主要决定于靶材。
⊙溅射产额(溅射率)
---为一个入射离子所溅射出材料原于的数目。
---影响溅射产额的因素:
(1)离子能量


----能量可分三个区域:
(a)低能区(<低于溅射阈能)---没有或很少溅射。
(b)中等能量区(溅射阈能<Ei<10keV)---溅射率随离
子能量增加而迅速增加
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(c)高能区----溅射产额缓慢增加,而后降低(?)

(2)轰击离子的入射角---入射离子与靶材法线的夹角

〖问题〗--在实际应用中如何提高利用最佳入射角提高溅射率?
--离子束
--等离子体鞘层

除 Pt 外,随角度变化存在最大值----最佳入射角。




(3)入射离子种类的影响
特点:---溅射产额随离子的原子序数发生周期性变化
----随原子序数的增加而增大

原因:在元素周期表的每一排中,电子壳层填满的元素,
它的离子引起的材料溅射产额最大,而居中部位的元素,例
如 AI、Ti、Zr 相 Hf,离子溅射产额较小。
惰性气体离子:
较大的溅射产额
避免与靶材发生化学反应
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(4)靶材
特点:相量的离子轰击不同靶材,溅射产额随靶材原子序数也呈周
期性变化。
原因:与靶元素原子电子壳层的填充程度等情况有密切关系。
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溅射产额与被溅射原子有关造成的结果--->选择溅射
对于多原子固体靶,溅射前后固体表面的组分发生变化
----->所薄膜的成分与靶材有偏差。

⊙溅射粒子的状态:
中性:≥90%
离子:≤10%
⊙溅射原子的能量
关心原因:决定溅射沉积薄膜的性质。
----能量分布
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Ag
Pt
Zr
12000VKr 原子轰击不同靶材逸出原子的能量分布

----结论:

(1)在相同能量相同元素离子的轰击下,溅射原子的平均逸出能随
靶材的原子序数增加。