第五章 物理氣相淀積

1、第五章第五章 物理氣相淀積物理氣相淀積物理氣相淀積（物理氣相淀積（PVD） 物理氣相淀積物理氣相淀積(physical vapor deposition)，簡稱，簡稱PVD。是指在是指在真空條件下，用物理的真空條件下，用物理的方法（即物質(zhì)的相變過程），方法（即物質(zhì)的相變過程），將材料汽化成將材料汽化成原子、分子或使其電離成離子，并通過氣相原子、分子或使其電離成離子，并通過氣相過程，在材料或工件表面沉積一層具有某些過程，在材料或工件表面沉積一層具有某些特殊性能的薄膜的技術(shù)。特殊性能的薄膜的技術(shù)。 即以單質(zhì)的即以單質(zhì)的固體材料作為源固體材料作為源（如鋁，金，鉻（如鋁，金，鉻等），等），然后然后設(shè)法

2、設(shè)法將它變?yōu)闅鈶B(tài)將它變?yōu)闅鈶B(tài)，再在襯底表，再在襯底表面淀積而成薄膜。面淀積而成薄膜。特點特點（相對化學氣相沉積而言相對化學氣相沉積而言）： 1 1、需要使用固態(tài)的或者熔融態(tài)的物質(zhì)作為沉積過程的、需要使用固態(tài)的或者熔融態(tài)的物質(zhì)作為沉積過程的 源物質(zhì)；源物質(zhì)； 2 2、源物質(zhì)要經(jīng)過物理過程進入氣相；、源物質(zhì)要經(jīng)過物理過程進入氣相； 3 3、需要相對較低的氣體壓力環(huán)境；、需要相對較低的氣體壓力環(huán)境； 4 4、在氣相中及襯底表面并不發(fā)生化學反應(yīng)。、在氣相中及襯底表面并不發(fā)生化學反應(yīng)。分類分類Vacuum chamberEvaporationMaterialSubstrateHeaterCloudSpu

3、tteringMaterialSubstratePlasmaPVD技術(shù)的兩種基本工藝技術(shù)的兩種基本工藝 蒸鍍法（蒸發(fā)）蒸鍍法（蒸發(fā)）：在真空的環(huán)境中，用電阻加熱或電子在真空的環(huán)境中，用電阻加熱或電子束和激光轟擊等方法把要蒸發(fā)的材料加熱到一定溫度，束和激光轟擊等方法把要蒸發(fā)的材料加熱到一定溫度，使材料中分子或原子的熱振動能量使材料中分子或原子的熱振動能量超過表面的束縛能超過表面的束縛能，從而使大量分子或原子從而使大量分子或原子蒸發(fā)或升華蒸發(fā)或升華，并直接沉淀在基片，并直接沉淀在基片上形成薄膜。上形成薄膜。 濺鍍法（濺射）：濺鍍法（濺射）：利用氣體放電產(chǎn)生的利用氣體放電產(chǎn)生的正離子正離子在電場作在

4、電場作用下的高速運動轟擊作為用下的高速運動轟擊作為陰極的靶陰極的靶，使靶材中的原子或，使靶材中的原子或分子逸出來而沉淀到被鍍材料的表面，形成所需要的薄分子逸出來而沉淀到被鍍材料的表面，形成所需要的薄膜。膜。 此技術(shù)此技術(shù)一般使用氬一般使用氬等惰性氣體，由在高真空中將氬離子等惰性氣體，由在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材后，可將靶材原子一個個濺擊出來加速以撞擊濺鍍靶材后，可將靶材原子一個個濺擊出來，并使被濺擊出來的材質(zhì)（通常為鋁、鈦或其合金）如，并使被濺擊出來的材質(zhì)（通常為鋁、鈦或其合金）如雪片般沉積在晶圓表面。雪片般沉積在晶圓表面。1 1 蒸蒸 發(fā)發(fā) 在半導(dǎo)體制造的在半導(dǎo)體制造的早期，早期，

5、所有金屬層都是所有金屬層都是通過通過蒸發(fā)蒸發(fā)PVD方法淀積的。為了獲得更好方法淀積的。為了獲得更好的臺階覆蓋、間隙填充和濺射速度，在的臺階覆蓋、間隙填充和濺射速度，在70年代后期，年代后期，在大多數(shù)硅片制造技術(shù)領(lǐng)域在大多數(shù)硅片制造技術(shù)領(lǐng)域濺濺射已取代蒸發(fā)射已取代蒸發(fā)。常用的幾種加熱器形狀常用的幾種加熱器形狀 絲狀舟狀坩堝 蒸發(fā)加熱的蒸發(fā)加熱的主要方法：主要方法： (1)電阻加熱電阻加熱（鋁（鋁,金金,鉻鉻) (2)電子束加熱電子束加熱（3000, 難熔金屬難熔金屬) (3) 激光加熱激光加熱 真空真空蒸發(fā)蒸發(fā)鍍膜鍍膜最常用最常用的是的是電阻加熱電阻加熱法，以法，以電阻（燈絲、蒸發(fā)器）通過發(fā)熱的

6、原理來電阻（燈絲、蒸發(fā)器）通過發(fā)熱的原理來加熱蒸鍍原料，最高蒸發(fā)溫度達加熱蒸鍍原料，最高蒸發(fā)溫度達1700 其其優(yōu)點優(yōu)點是加熱源的結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，是加熱源的結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，操作方便；操作方便；缺點缺點是不適用于難熔金屬和耐是不適用于難熔金屬和耐高溫的介質(zhì)材料。高溫的介質(zhì)材料。 電子束加熱電子束加熱和和激光加熱激光加熱則能克服電阻加熱的則能克服電阻加熱的缺點。缺點。 電子束加熱：電子束加熱：利用加速電子碰撞蒸發(fā)材料而利用加速電子碰撞蒸發(fā)材料而使其蒸發(fā)。蒸發(fā)源配有電子腔，利用磁場或使其蒸發(fā)。蒸發(fā)源配有電子腔，利用磁場或電場加速并聚焦電子束，使電子束聚集在蒸電場加速并聚焦電子束，使電子束聚集

7、在蒸發(fā)材料的局部而形成加熱束斑，束斑溫度可發(fā)材料的局部而形成加熱束斑，束斑溫度可達達30006000。電子束的動能變成熱能，。電子束的動能變成熱能，使材料蒸發(fā)。使材料蒸發(fā)。 激光加熱激光加熱是利用大功率的激光作為加熱源，是利用大功率的激光作為加熱源，但由于大功率激光器的造價很高，目前但由于大功率激光器的造價很高，目前只能只能在少數(shù)研究性實驗室中使用。在少數(shù)研究性實驗室中使用。 物質(zhì)的熱蒸發(fā)物質(zhì)的熱蒸發(fā) （Thermal Evaporation）一、物質(zhì)的蒸發(fā)速度一、物質(zhì)的蒸發(fā)速度1.1.元素的凈蒸發(fā)速率元素的凈蒸發(fā)速率 在一定的溫度下，每種液體或固體物質(zhì)都具有特定的在一定的溫度下，每種液體或固

8、體物質(zhì)都具有特定的平平衡蒸氣壓衡蒸氣壓。當環(huán)境中被蒸發(fā)物質(zhì)的分壓降低到了其平衡蒸氣。當環(huán)境中被蒸發(fā)物質(zhì)的分壓降低到了其平衡蒸氣壓以下時，就會發(fā)生物質(zhì)的凈蒸發(fā)。由氣體分子通量的表達壓以下時，就會發(fā)生物質(zhì)的凈蒸發(fā)。由氣體分子通量的表達式，單位表面上式，單位表面上凈蒸發(fā)速率凈蒸發(fā)速率應(yīng)為：應(yīng)為：()2AehNppMRT其中其中為一個系數(shù)，它介于為一個系數(shù)，它介于01之間；之間；Pe平衡蒸氣壓；平衡蒸氣壓； ph實際分壓實際分壓當當=1，并且，并且ph =0時，時，取得最大值。取得最大值。一一. .蒸發(fā)速率的表達式蒸發(fā)速率的表達式 由于物質(zhì)的平衡蒸氣壓隨著由于物質(zhì)的平衡蒸氣壓隨著溫度溫度的上升的上升增

9、加很快，因而對物質(zhì)蒸發(fā)速度影響最大的增加很快，因而對物質(zhì)蒸發(fā)速度影響最大的因素是蒸發(fā)源的因素是蒸發(fā)源的溫度溫度. .()2ehMppRT 2.2.元素的質(zhì)量蒸發(fā)速率元素的質(zhì)量蒸發(fā)速率二二. .影響蒸發(fā)速率的因素影響蒸發(fā)速率的因素 根據(jù)物質(zhì)的蒸發(fā)特性，物質(zhì)的蒸發(fā)模式可被劃根據(jù)物質(zhì)的蒸發(fā)特性，物質(zhì)的蒸發(fā)模式可被劃分為分為兩種類型：兩種類型： 1 1、將物質(zhì)加熱到其熔點以上（、將物質(zhì)加熱到其熔點以上（固固- -液液- -氣氣） 例如例如：多數(shù)金屬：多數(shù)金屬 2 2、利用由固態(tài)物質(zhì)的升華，實現(xiàn)物質(zhì)的氣相沉積。、利用由固態(tài)物質(zhì)的升華，實現(xiàn)物質(zhì)的氣相沉積。 （固固- -氣氣） 例如例如：Cr，Ti，Mo，

10、Fe，Si等等三三. .元素的蒸發(fā)元素的蒸發(fā)石墨石墨C C例外，沒例外，沒有熔點，而其升華溫度又相當高，因而在實踐中多有熔點，而其升華溫度又相當高，因而在實踐中多是利用石墨電極間的高溫放電過程來使碳原子發(fā)生升華。是利用石墨電極間的高溫放電過程來使碳原子發(fā)生升華。三、化合物和合金的熱蒸發(fā)三、化合物和合金的熱蒸發(fā) 一一. .化合物的蒸發(fā)化合物的蒸發(fā) 1.1.化合物蒸發(fā)中存在的問題：化合物蒸發(fā)中存在的問題：蒸發(fā)出來的蒸氣可能具有完全不同于其固態(tài)或液態(tài)的成分；蒸發(fā)出來的蒸氣可能具有完全不同于其固態(tài)或液態(tài)的成分；（蒸氣組分變化蒸氣組分變化）在氣相狀態(tài)下，還可能發(fā)生化合物各組元間的化合與分解在氣相狀態(tài)下，

11、還可能發(fā)生化合物各組元間的化合與分解過程。過程。后果是后果是沉積后的薄膜成分可能偏離化合物正確的化沉積后的薄膜成分可能偏離化合物正確的化學組成學組成。 2.2.化合物蒸發(fā)過程中可能發(fā)生的各種物理化學變化化合物蒸發(fā)過程中可能發(fā)生的各種物理化學變化 無分解蒸發(fā)、固態(tài)分解蒸發(fā)和氣態(tài)分解蒸發(fā)無分解蒸發(fā)、固態(tài)分解蒸發(fā)和氣態(tài)分解蒸發(fā) 1.1.合金蒸發(fā)與化合物蒸發(fā)的區(qū)別與聯(lián)系合金蒸發(fā)與化合物蒸發(fā)的區(qū)別與聯(lián)系 聯(lián)系聯(lián)系：也會發(fā)生成分偏差。也會發(fā)生成分偏差。 區(qū)別區(qū)別：合金中原子間的結(jié)合力小于在化合物中合金中原子間的結(jié)合力小于在化合物中 不同原子間的結(jié)合力，因而不同原子間的結(jié)合力，因而合金中各元素原子的蒸合金中

12、各元素原子的蒸 發(fā)過程實際上可以被看做是各自相互獨立的過程發(fā)過程實際上可以被看做是各自相互獨立的過程， 就像它們在純元素蒸發(fā)時的情況一樣。就像它們在純元素蒸發(fā)時的情況一樣。 二二. .合金的蒸發(fā)合金的蒸發(fā) 2.2.合金蒸發(fā)的熱力學定律描述合金蒸發(fā)的熱力學定律描述 1 1）理想溶液的）理想溶液的拉烏爾定律拉烏爾定律1887年法國物理學家拉烏爾（年法國物理學家拉烏爾（Raoult）在溶液蒸氣壓）在溶液蒸氣壓實驗中總結(jié)出著名的拉烏爾定律。拉烏爾定律指出：實驗中總結(jié)出著名的拉烏爾定律。拉烏爾定律指出：如果溶質(zhì)是不揮發(fā)性的，即它的蒸氣壓極小，與溶劑如果溶質(zhì)是不揮發(fā)性的，即它的蒸氣壓極小，與溶劑相比可以忽

13、略不計，則在一定的溫度下，稀溶液的蒸相比可以忽略不計，則在一定的溫度下，稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c其克分子分數(shù)的乘積。氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c其克分子分數(shù)的乘積。 對于初始成分確定的蒸發(fā)源來說，確定的物對于初始成分確定的蒸發(fā)源來說，確定的物質(zhì)蒸發(fā)速率之比將隨著時間變化而發(fā)生變化。質(zhì)蒸發(fā)速率之比將隨著時間變化而發(fā)生變化。 解決辦法：解決辦法： 1 1、用較多的蒸發(fā)物質(zhì)作為蒸發(fā)源；、用較多的蒸發(fā)物質(zhì)作為蒸發(fā)源； 2 2、采用向蒸發(fā)容器中每次只加入少量被蒸、采用向蒸發(fā)容器中每次只加入少量被蒸發(fā)物質(zhì)的方法，使不同的組元能夠?qū)崿F(xiàn)瞬間的同發(fā)物質(zhì)的方法，使不同的組元能夠?qū)崿F(xiàn)瞬間的同步蒸發(fā)；步蒸發(fā)；

14、3 3、利用加熱至不同溫度的雙源或多源的方、利用加熱至不同溫度的雙源或多源的方法，分別控制和調(diào)節(jié)每一組元的蒸發(fā)速率。法，分別控制和調(diào)節(jié)每一組元的蒸發(fā)速率。 3.3.組元蒸發(fā)速率隨時間變化組元蒸發(fā)速率隨時間變化真空蒸發(fā)裝置真空蒸發(fā)裝置(Thermal Evaporation)一、電阻式蒸發(fā)裝置一、電阻式蒸發(fā)裝置二、電子束蒸發(fā)裝置二、電子束蒸發(fā)裝置三、電弧蒸發(fā)裝置三、電弧蒸發(fā)裝置四、激光蒸發(fā)裝置四、激光蒸發(fā)裝置根據(jù)加熱根據(jù)加熱原理劃分原理劃分一、電阻式蒸發(fā)裝置一、電阻式蒸發(fā)裝置 （SourceSource） 一一.電阻式加熱裝置對電阻材料的要求電阻式加熱裝置對電阻材料的要求能夠在高溫下使用且在高溫

15、下具有較低的蒸氣壓能夠在高溫下使用且在高溫下具有較低的蒸氣壓不與被蒸發(fā)物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)不與被蒸發(fā)物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)無放氣現(xiàn)象和其他污染無放氣現(xiàn)象和其他污染具有合適的電阻率具有合適的電阻率電阻式蒸發(fā)裝置電阻式蒸發(fā)裝置目前使用最廣泛的加熱裝置二二. .常用的電阻材料及作用常用的電阻材料及作用作用：作用：做加熱器做加熱器或者或者支撐被加熱物質(zhì)支撐被加熱物質(zhì)三三. . 電阻式加熱方式電阻式加熱方式高真空蒸發(fā)系統(tǒng)高真空蒸發(fā)系統(tǒng)各種蒸發(fā)裝置各種蒸發(fā)裝置三三. . 電阻式加熱特點和局限性電阻式加熱特點和局限性 坩堝、加熱元件以及各種支撐部件可能造成污染坩堝、加熱元件以及各種支撐部件可能造成污染 電阻加熱的加熱

16、功率和加熱溫度受到限制；電阻加熱的加熱功率和加熱溫度受到限制； 不適用于高純和難熔物質(zhì)的蒸發(fā)；不適用于高純和難熔物質(zhì)的蒸發(fā)； 蒸發(fā)源壽命短，不能長時間連續(xù)蒸發(fā)。蒸發(fā)源壽命短，不能長時間連續(xù)蒸發(fā)。（1 1）特點：）特點： 設(shè)備簡單、操作方便、造價低設(shè)備簡單、操作方便、造價低 成膜速率快、效率高成膜速率快、效率高 膜厚便于控制膜厚便于控制 （2 2）缺點）缺點：蒸發(fā)原子與分子的形態(tài)：蒸發(fā)原子與分子的形態(tài)： 大部分堿金屬、貴金屬、過渡性金屬單原子逸出 蒸發(fā)半導(dǎo)體、半金屬時，多以2個或2個以上原子集 合體逸出（Sb、As、P） 有的化合物會分解 (CdS：Cd，S等) 某些合金膜會偏離原組分真空蒸發(fā)工

17、業(yè)設(shè)備真空蒸發(fā)工業(yè)設(shè)備二、電子束二、電子束 (Electron Beam)加熱蒸發(fā)加熱蒸發(fā)發(fā)射電子束發(fā)射電子束加速（數(shù)千伏）加速（數(shù)千伏）偏轉(zhuǎn)（橫向磁場）偏轉(zhuǎn)（橫向磁場）轟擊坩堝轟擊坩堝薄膜沉積薄膜沉積 磁場偏轉(zhuǎn)法的使用可以避免燈絲材料的磁場偏轉(zhuǎn)法的使用可以避免燈絲材料的蒸發(fā)對于沉積過程可能造成的污染。蒸發(fā)對于沉積過程可能造成的污染。優(yōu)點：優(yōu)點：1 1、能克服電阻加熱方法可能受到坩堝，加熱體以及、能克服電阻加熱方法可能受到坩堝，加熱體以及各種支撐部件的污染的缺點。各種支撐部件的污染的缺點。2 2、能克服電阻加熱方法受到加熱功率或溫度的限制、能克服電阻加熱方法受到加熱功率或溫度的限制 可蒸發(fā)高熔

18、點材料薄膜(3000) 。3 3、在同一蒸發(fā)沉積裝置中可以安置多個坩堝，這使、在同一蒸發(fā)沉積裝置中可以安置多個坩堝，這使得人們可以同時或分別對多種不同的材料進行蒸發(fā)。得人們可以同時或分別對多種不同的材料進行蒸發(fā)。2. 造價較高，操作稍復(fù)雜3. 部分殘余氣體被電離，影響膜結(jié)構(gòu)4. 部分化合物會分解電阻蒸發(fā)與電子蒸發(fā)復(fù)合鍍膜設(shè)備三、電弧蒸發(fā)裝置三、電弧蒸發(fā)裝置原理：原理： 將欲蒸發(fā)的材料制成放電電極，在薄膜沉將欲蒸發(fā)的材料制成放電電極，在薄膜沉積時，依靠調(diào)節(jié)真空室內(nèi)電極間距的方法來點積時，依靠調(diào)節(jié)真空室內(nèi)電極間距的方法來點燃電弧，而瞬間的高溫電弧將使電極端部產(chǎn)生燃電弧，而瞬間的高溫電弧將使電極端部

19、產(chǎn)生蒸發(fā)從而實現(xiàn)薄膜的沉積。蒸發(fā)從而實現(xiàn)薄膜的沉積。方法：方法： 1 1、直流加熱法、直流加熱法 2 2、交流加熱法、交流加熱法缺點：缺點： 在放電過程中容易產(chǎn)生微米量級大小的電在放電過程中容易產(chǎn)生微米量級大小的電極顆粒飛濺，從而會影響沉積薄膜的均勻性。極顆粒飛濺，從而會影響沉積薄膜的均勻性。應(yīng)用：應(yīng)用： 硬質(zhì)膜（硬質(zhì)膜（TiN/TiC）四、激光蒸發(fā)四、激光蒸發(fā)(Laser Evaporation)裝置裝置激光沉積法激光沉積法: 使用高功率的連續(xù)或脈沖激光束作為能源進行薄膜的蒸發(fā)沉積的方法. 是一種在高真空下制備薄膜的技術(shù)，激光源放置在真空室外部，激光束通過真空室窗口打到待蒸發(fā)的材料上，高能激

20、光光子將能量直接轉(zhuǎn)移給被蒸發(fā)的原子使之蒸發(fā)，最后沉積在基片上。優(yōu)點：優(yōu)點： 1 1、激光是清潔的，使來自熱源的污染減少、激光是清潔的，使來自熱源的污染減少 到最低；到最低； 2. 2. 激光光束只對待蒸鍍材料的表面施加熱激光光束只對待蒸鍍材料的表面施加熱 量，可減少來自坩堝等支撐物的污染；量，可減少來自坩堝等支撐物的污染； 3. 3. 材料的蒸發(fā)速率高，蒸發(fā)過程容易控制，材料的蒸發(fā)速率高，蒸發(fā)過程容易控制， 使得高熔點的材料也可以以較高的沉積速使得高熔點的材料也可以以較高的沉積速 率被蒸發(fā)；率被蒸發(fā)； 4. 4. 適用于蒸發(fā)成分比較復(fù)雜的合金或化合物適用于蒸發(fā)成分比較復(fù)雜的合金或化合物 材料材

21、料 脈沖激光產(chǎn)生高功率的脈沖，實現(xiàn)靶材的某一小區(qū)脈沖激光產(chǎn)生高功率的脈沖，實現(xiàn)靶材的某一小區(qū)域的瞬間蒸發(fā)，因此對化合物組元蒸發(fā)具有很大優(yōu)勢，域的瞬間蒸發(fā)，因此對化合物組元蒸發(fā)具有很大優(yōu)勢，在蒸發(fā)時不會發(fā)生組分的偏離現(xiàn)象，能夠保持源材料的純在蒸發(fā)時不會發(fā)生組分的偏離現(xiàn)象，能夠保持源材料的純度。度。要求：要求： 昂貴的準分子激光器，需要采用特殊的窗昂貴的準分子激光器，需要采用特殊的窗口材料將激光束引入真空室中，并要使用透凹口材料將激光束引入真空室中，并要使用透凹面鏡等將激光束聚焦至被蒸發(fā)的材料上。針對面鏡等將激光束聚焦至被蒸發(fā)的材料上。針對不同波長的激光束，需要選用具有不同光譜透不同波長的激光束，

22、需要選用具有不同光譜透過特性的窗口和透鏡材料。過特性的窗口和透鏡材料。典型應(yīng)用：典型應(yīng)用： 氧化物超導(dǎo)薄膜（氧化物超導(dǎo)薄膜（YBCO）、氧化物鐵電）、氧化物鐵電介電薄膜、鐵氧體薄膜等。介電薄膜、鐵氧體薄膜等。缺點：缺點： 靶要燒制良好、致密，防止蒸發(fā)出顆粒五、空心陰極蒸發(fā)裝置五、空心陰極蒸發(fā)裝置原理：原理：中空金屬中空金屬TaTa管為陰極，被管為陰極，被蒸發(fā)物質(zhì)為陽極，在兩極蒸發(fā)物質(zhì)為陽極，在兩極之間加上一定的電壓，并之間加上一定的電壓，并在在TaTa管內(nèi)通入少量的管內(nèi)通入少量的ArAr氣氣體，陰陽兩極之間產(chǎn)生放體，陰陽兩極之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象，這時，電現(xiàn)象，這時，ArAr離子的離子的轟擊會使轟擊

23、會使TaTa管的溫度升高管的溫度升高并維持在并維持在2000K2000K以上，從以上，從而發(fā)射大量熱電子，熱電而發(fā)射大量熱電子，熱電子從子從TaTa管引出來并轟擊陽管引出來并轟擊陽極，導(dǎo)致物質(zhì)的熱蒸發(fā)，極，導(dǎo)致物質(zhì)的熱蒸發(fā)，并在襯底上沉積薄膜。并在襯底上沉積薄膜。特點：特點： 空心陰極可以提供數(shù)安培至數(shù)百安培的高強度電子空心陰極可以提供數(shù)安培至數(shù)百安培的高強度電子流，從而提高薄膜的沉積速度；流，從而提高薄膜的沉積速度；1. 大電流蒸發(fā)出來的物質(zhì)原子進一步發(fā)生部分的離化，大電流蒸發(fā)出來的物質(zhì)原子進一步發(fā)生部分的離化，從而生成大量的被蒸發(fā)物質(zhì)的離子。如果在陽極與從而生成大量的被蒸發(fā)物質(zhì)的離子。如果

24、在陽極與襯底之間加上一定幅度的偏置電壓的話，被蒸發(fā)物襯底之間加上一定幅度的偏置電壓的話，被蒸發(fā)物質(zhì)的離子可以轟擊襯底，從而影響薄膜的沉積過程，質(zhì)的離子可以轟擊襯底，從而影響薄膜的沉積過程，改善薄膜的微觀組織。改善薄膜的微觀組織。缺點：缺點： 空心陰極在工作時要維持空心陰極在工作時要維持1-10-2Pa的氣壓條件；的氣壓條件；1. 空心陰極在產(chǎn)生高強度電子流的同時也容易產(chǎn)生陰極空心陰極在產(chǎn)生高強度電子流的同時也容易產(chǎn)生陰極的損耗和蒸發(fā)物質(zhì)的飛濺的損耗和蒸發(fā)物質(zhì)的飛濺 濺射已成為濺射已成為ICIC制造中金屬淀積的主流工藝制造中金屬淀積的主流工藝 濺射工藝相對于蒸發(fā)工藝的優(yōu)勢在于：濺射工藝相對于蒸發(fā)

25、工藝的優(yōu)勢在于：1.1.臺階覆蓋性得到改善臺階覆蓋性得到改善2.2.輻射缺陷遠小于電子束蒸發(fā)輻射缺陷遠小于電子束蒸發(fā)3.3.容易制備難熔金屬、合金材料和復(fù)合材料容易制備難熔金屬、合金材料和復(fù)合材料薄膜薄膜2 濺濺 射射濺射工作原理濺射工作原理 濺射（濺射（sputteringsputtering）又叫）又叫陰極濺射陰極濺射（cathodic sputteringcathodic sputtering）。通過用由稀有氣）。通過用由稀有氣體在低真空下放電獲得的正離子轟擊置于陰體在低真空下放電獲得的正離子轟擊置于陰極的固體表面（靶），使固體原子（或分子極的固體表面（靶），使固體原子（或分子）從表面射

26、出，進而以一定能量淀積在基片）從表面射出，進而以一定能量淀積在基片上，形成薄膜上，形成薄膜基本濺射步驟基本濺射步驟 在高真空腔等離子體中產(chǎn)生正氬離子，并向具有負電在高真空腔等離子體中產(chǎn)生正氬離子，并向具有負電勢的靶材料加速；勢的靶材料加速； 在加速過程中獲得動量，并轟擊靶；在加速過程中獲得動量，并轟擊靶； 離子通過物理過程從靶上撞擊出（濺射）原子，靶具離子通過物理過程從靶上撞擊出（濺射）原子，靶具有想要的材料組分；有想要的材料組分； 被撞擊出（濺射）的原子遷移到硅片表面（陽極）；被撞擊出（濺射）的原子遷移到硅片表面（陽極）； 被濺射的原子在硅片表面凝聚形成薄膜，與靶材料相被濺射的原子在硅片表面

27、凝聚形成薄膜，與靶材料相比，薄膜具有與它基本相同的材料組分；比，薄膜具有與它基本相同的材料組分； 額外材料由真空泵抽走。額外材料由真空泵抽走。簡單歸納為簡單歸納為4個個 1.產(chǎn)生氬氣離子并導(dǎo)向一個靶，（鋁靶材）產(chǎn)生氬氣離子并導(dǎo)向一個靶，（鋁靶材）。 2.離子把靶表面的原子轟擊出來。離子把靶表面的原子轟擊出來。 3.被轟出的原子向硅片運動。被轟出的原子向硅片運動。 4.原子在表面上成膜。原子在表面上成膜。濺射鍍膜的基本原理濺射鍍膜的基本原理 用高能粒子（經(jīng)電場加速的正離子）沖擊作為陰極用高能粒子（經(jīng)電場加速的正離子）沖擊作為陰極的固態(tài)靶，靶原子與這些高能粒子交換能量后從表面的固態(tài)靶，靶原子與這些

28、高能粒子交換能量后從表面飛出，淀積在作為陽極的硅片上，形成薄膜。飛出，淀積在作為陽極的硅片上，形成薄膜。 直流二極濺射臺直流二極濺射臺 高頻濺射臺高頻濺射臺 濺射用的轟擊粒子通常是帶正電荷的惰性氣濺射用的轟擊粒子通常是帶正電荷的惰性氣體離子，用得最多的是體離子，用得最多的是氬離子氬離子。氬電離后，。氬電離后，氬離子在電場加速下獲得動能轟擊靶極。氬離子在電場加速下獲得動能轟擊靶極。 當氬離子能量當氬離子能量低于低于5 5電子伏時電子伏時, ,僅對靶極最外僅對靶極最外表層產(chǎn)生作用，表層產(chǎn)生作用，主要使主要使靶極表面原子吸附的靶極表面原子吸附的雜質(zhì)脫附雜質(zhì)脫附。 當氬離子當氬離子能量達到能量達到靶極原子的靶極原子的結(jié)合能結(jié)合能（約為（約為靶極材料的升華熱）靶極材料的升華熱）時時，引起靶極表面的