第6章 pvd工藝

1、第六章第六章PVD工序工序6.16.1PVDPVD工藝的目的工藝的目的濺射法利用帶有電荷的離子在電場中加速后具有一定動能的特點，將離子引向欲被濺射的物質(zhì)做成的靶電極。在離子能量合適的情況下，入射離子在與靶表面原子的碰撞過程中將后者濺射出來。這些被濺射出來的原子帶有一定的動能，并且會沿著一定的方向射向襯底——玻璃基板，從而沉積在基板表面形成薄膜。在上述薄膜沉積的過程中，離子的產(chǎn)生過程與等離子體的產(chǎn)生或氣體的放電現(xiàn)象密切相關(guān)。6.2PVD工

2、藝的基本原理工藝的基本原理6.2.16.2.1氣體放電現(xiàn)象氣體放電現(xiàn)象在介紹PVD工藝原理之前，首先簡單討論一下氣體放電過程。設(shè)有如下圖那樣的一個直流氣體放電體系。開始：開始：電極間無電流通過，氣體原子多處于中性，只有少量的電離粒子在電場作用下定向運動，形成極微弱的電流。隨電壓升高：隨電壓升高：電離粒子的運動速度加快，則電流隨電壓而上升，當粒子的速度達飽和時，電流也達到一個飽和值，不再增加（見第一個垂線段）；湯生放電：湯生放電：電壓繼續(xù)

3、升高，離子與陰極靶材料之間、電子與氣體分子之間的碰撞頻繁起來，同時外電路使電子和離子的能量也增加了。離子撞擊陰極產(chǎn)生二次電子，參與與氣體分子碰撞，并使氣體分子繼續(xù)電離，產(chǎn)生新的離子和電子。這時，放電電流迅速增加，但電壓變化不大，這一放電階段稱為湯生放電。湯生放電后期稱為電暈放電。輝光放電：輝光放電：湯生放電后，氣體會突然發(fā)生電擊穿現(xiàn)象。此時，氣體具備了相當?shù)膶щ娔芰ΓQ這種具有一定導電能力的氣體為等離子體。電流大幅度增加，放電電壓卻有所

4、下降。導電粒子大量增加，能量轉(zhuǎn)移也足夠大，放電氣體會發(fā)生明顯的輝光。電流不斷增大，輝光區(qū)擴大到整個放電長度上，電壓有所回升，輝光的亮度不斷提高，叫異常輝光放電，可提供面積大、分布均勻的等離子體?；」夥烹姡夯」夥烹姡弘妷捍蠓陆担娏鞔蠓黾?，產(chǎn)生弧光放電，電弧放電斑點，陰極局部溫度積速度較低；第二，濺射所需的工作氣壓較高，電子的平均自由程較短，放電現(xiàn)象不易維持。這兩個缺點的綜合效果是氣體分子對薄膜產(chǎn)生污染的可能性較高。因而，磁控濺射技術(shù)

5、作為一種沉積速度較高，工作氣體壓力較低的濺射技術(shù)具有其獨特的優(yōu)越性。磁控濺射的特點（1）工作氣壓低，沉積速率高，且降低了薄膜污染的可能性；（2）維持放電所需的靶電壓低；（3）電子對襯底的轟擊能量小，可以減少襯底損傷，降低沉積溫度；（4）容易實現(xiàn)在塑料等襯底上的薄膜低溫沉積。但是，磁控濺射也存在著對靶材的濺射不均勻、不適合于鐵磁性材料的濺射的特點。6.2.2.46.2.2.4反應濺射反應濺射制備化合物薄膜時，可以考慮直接使用化合物作為濺射

6、的靶材。但有時化合物的濺射會發(fā)生分解的情況。這時，沉積所得到的薄膜往往在化學成分上與靶材有很大的差別。比如，在濺射SnO2、SiO2等氧化物薄膜時，經(jīng)常會發(fā)生沉積產(chǎn)物中氧含量偏低的情況。解決問題的方法可以是調(diào)整濺射室內(nèi)的氣體組成和壓力，在通入Ar氣的同時通入相應的活性氣體，從而抑制化合物的分解傾向。但另一方面，也可以采用純金屬作為濺射靶材，但在工作氣體中混入適量的活性氣體如O2、N2、NH3、CH4、H2S等的方法，使金屬原子與活性氣體