溅射薄膜沉积06.doc

------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————溅射薄膜沉积 06 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。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 : Bel l 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⊙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(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(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。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---- 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。(2 )溅射产额低的靶材具有较低的平均逸出能量。------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————(3) 平均逸出能随入射离子的原子序数增加。(4) 平均逸出能量随入射离子能量的变化: 小于 1keV--- 平均逸出能量近似随入射离子能量线性增加; 大于 1keV--- 溅射原子的平均逸出能逐渐趋向稳定。⊙溅射原子的角向分布结论: 近似余弦分布-----? 垂直方向, 凹陷--? 不满足蒸发溅射模型出射方向与晶体结构有关,原子排列紧密的方向是逸出粒子的主要方向⊙溅射机理--- 热蒸发机制:离子轰击在靶表面产生局部高温--? 靶物质