溅射

一、 溅射的基本内容：

1、定义：所谓溅射，就是这充满腔室的工艺气体在高电压的作用下，形成气体等离子体（辉光放电），其中的阳离子在电场力作用下高速向靶材冲击，阳离子和靶材进行能量交换，使靶材原子获得足够的能量从靶材表面逸出（其中逸出的还可能包含靶材离子）。这一整个的动力学过程，就叫做溅射。

入射离子轰击靶面时，将其部分能量传输给表层晶格原子，引起靶材中原子的运动。有的原子获得能量后从晶格处移位，并克服了表面势垒直接发生溅射；有的不能脱离晶格的束缚，只能在原位做振动并波及周围原子，结果使靶的温度升高；而有的原子获得足够大的能量后产生一次反冲，将其临近的原子碰撞移位，反冲继续下去产生高次反冲，这一过程称为级联碰撞。级联碰撞的结果是部分原子达到表面，克服势垒逸出，这就形成了级联溅射，这就是溅射机理。当级联碰撞范围内反冲原子密度不高时，动态反冲原子彼此间的碰撞可以忽略，这就是线性级联碰撞

2、溅射的四要素：

①：靶材物质

②：电磁场

③：底物

④：一整套完整配备的镀膜设备

3、溅射收益：

3.1、离子每一次撞击靶材时，靶材所释放出的靶材原子。

3.2、影响溅射收益的因素：

①：等离子体中离子动能

②：入射离子的入射角度

3.3、*大溅射收益的决定因素：

①：入射角度在45°-50°左右

②：取决于靶材物质

3.4、入射角度的影响因素

①：由电场决定

②：靶材表面于入射源的相对角度

4、溅射率：

4.1、定义：每单位时间内靶材物质所释放出的原子个数

4.2、溅射率的影响因素

①：离子动能（取决于电源电压和气体压力）

②：等离子密度（取决于气体压力和电流）

4.3、统计学公式：Rs(统计学)=d/t。

注：溅射原子溢出角度大部分在0~10度之间，因此在腔室内所有区域都可能被镀上一层膜，久之会产生污染。所以真空溅射腔室内必须进行定期清洁。

二、 溅射种类：

1、反应溅射：氧化物，氮化物作为沉积物质

现象：①：靶材分子分裂，其于工艺气体离子发生反应，形成化合物

②：膜层性能改变

③：靶材有可能中毒

2、二极溅射（见下图）：二极溅射是一种经典的标准溅射技术，其中等离子体和电子均只沿着电场方向运动。

特征：①：无磁场

②：溅射率低

③：放电电压高（＞500V）

④：镀膜底物受热温度极易升高（＞500°C）

用途：主要用于金属靶材、绝缘靶材、磁性靶材等的溅射镀。

3、磁控溅射（见下图）：暗区无等离子体产生，在磁控溅射下，电子呈螺旋形运动，不会直接冲向阳极。而是在电场力和磁场力的综合作用在腔室内做螺旋运动。同时获的能量而和工艺气体以及溅射出的靶材原子进行能量交换，使气体及靶材原子离子化，大大提高气体等离子体密度，从而提高了溅射速率（可提高10—20倍）和溅射均匀性。

4、二极溅射与磁控溅射对比：

4.1：靶材利用率（TU）：是指发生溅射的靶材质量占原靶材质量的比率。

公式表示：靶材利用率={原靶材质量（Kg）—溅射后靶材质量}/原靶材质量

靶材利用率对比见下表：

注：①：磁控溅射靶材利用率稍低，电压要求低，电流会高，溅射率提高，增加生产效率，降低成本。

②：靶材使用寿命结素之前必须及时更换新靶材，防止靶材周围物质发生溅射（金属箔片、连接片、阴极）

4.2、两种溅射技术的区别：

①：靶材利用率不同

②：溅射腔室和阴极设计要求不同

③：放电电流和放电电压不同（见下表）

④：溅射率不同：磁控溅射有更短的沉积时间，更高的沉积量和更短沉积周期。

以下引自书籍：

《真空溅射技术》

² 所谓“溅射”就是用荷能粒子（通常用气体正离子）轰击物体，从而引起物体表面原子从母体中逸出的现象。

² 1842年Grove（格洛夫）在实验室中发现了这种现象。

² 1877年美国贝尔实验室及西屋电气公司首先开始应用溅射原理制备薄膜。

² 1966年美国国际商用电子计算机公司应用高频溅射技术制成了绝缘膜。

² 1970年磁控溅射技术及其装置出现，它以“高速”、“低温”两大特点使薄膜工艺发生了深刻变化，不但满足薄膜工艺越来越复杂的要求，而且促进了新工艺的发展。

² 我国在1980年前后，许多单位竞先发展磁控溅射技术。目前在磁控溅射装置和相应的薄膜工艺研究上也已出现了工业性生产的局面。