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小型磁控离子溅射镀膜机  

2011-10-13 09:16:09|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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驰奔仪器(发布)

       磁控溅射是为了在低气压下进行高速溅射,必须有效地提高气体的离化率。通过在靶阴极表面引入磁场,利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率的方法。

       二极直流溅射时,气体被电离之后,气体离子在电场作用下飞向接阴极的靶材,电子则飞向接地的壁腔和基片。这样在低电压和低气压下,产生的离子数目少,靶材溅射效率低;而在高电压和高气压下,尽管可以产生较多的离子,但飞向基片的电子携带的能量高,容易使基片发热甚至发生二次溅射,影响制膜质量。另外,靶材原子在飞向基片的过程中与气体分子的碰撞几率也大为增加,因而被散射到整个腔体,既会造成靶材浪费,又会在制备多层膜时造成各层的污染。
  为了解决上述缺陷,人们在20世纪70年代开发出了直流磁控溅射技术,它有效地克服了阴极溅射速率低和电子使基片温度升高的弱点,因而获得了迅速发展和广泛应用。

  其原理是:在磁控溅射中,由于运动电子在磁场中受到洛仑兹力,它们的运动轨迹会发生弯曲甚至产生螺旋运动,其运动路径变长,因而增加了与工作气体分子碰撞的次数,使等离子体密度增大,从而磁控溅射速率得到很大的提高,而且可以在较低的溅射电压和气压下工作,降低薄膜污染的倾向;另一方面也提高了入射到衬底表面的原子的能量,因而可以在很大程度上改善薄膜的质量。同时,经过多次碰撞而丧失能量的电子到达阳极时,已变成低能电子,从而不会使基片过热。因此磁控溅射法具有“高速”、“低温”的优点。该方法的缺点是不能制备绝缘体膜,而且磁控电极中采用的不均匀磁场会使靶材产生显著的不均匀刻蚀,导致靶材利用率低,一般仅为20%-30%。

        (这些所谓初始电子(primary electrons )的平均自由程随电子能量的增大而增大,但随气压的增大而减小。在低气压下,离子是在远离阴极的地方产生,从而它们的热壁损失较大,同时,有很多初始电子可以以较大的能量碰撞阳极,所引起的损失又不能被碰撞引起 的次级发射电子抵消,这时离化效率很低,以至于不能达到自持的辉光放电所需的离子。通过增大加速电压的方法也同时增加了电子的平均自由程,从而也不能有效地增加离化效率。虽然增加气压可以提高离化率,但在较高的气压下,溅射出的粒子与气体的碰撞的机会也增大,实际的溅射率也很难有大的提高。如果加上一平行于阴极表面的磁场,就可以将初始电子的运动限制在邻近阴极的区域,从而增加气体原子的离化效率。)

特点
  利用外加磁场捕捉电子,延长和束缚电子的运动路径,搞高离化率,增加镀膜速率。
  1)溅射粒子(主要是原子,还有少量离子等)的平均能量达几个电子伏,比蒸发粒子的平均动能kT高得多(3000K蒸发时平均动能仅0.26eV),溅射粒子的角分布与入射离子的方向有关

       2)入射离子能量增大(在几千电子伏范围内),溅射率(溅射出来的粒子数与入射离子数之比)增大。入射离子能量再增大,溅射率达到极值;能量增大到几万电子伏,离子注入效应增强,溅射率下降

       3)入射离子质量增大,溅射率增大。

       4)入射离子方向与靶面法线方向的夹角增大,溅射率增大(倾斜入射比垂直入射时溅射率大)。
       5)单晶靶由于焦距碰撞(级联过程中传递的动量愈来愈接近原子列方向),在密排方向上发生优先溅射。
       6)不同靶材的溅射率很不相同。

        磁控溅射的制备条件通常是,加速电压:300~800V,磁场约:50~300G,气压:1 ~10 mTorr,电流密度:4~60mA/cm ,功率密度:1~40W/cm ,对于不同的材料最大沉积速率范围从100nm/min到1000nm/min。
        磁控溅射仪的真空系统通常为两级高真空系统。 机械泵+涡轮分子泵

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