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Sputter基本原理与知识培训

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1、演讲人王金萍 SPUTTER基本原理 1 目录第一章真空第二章等离子体第三章溅射原理第四章反应性溅射第五章溅射镀膜设备第六章溅射靶及靶材配置 2 目录第二章等离子体第三章溅射原理第四章反应性溅射第五章溅射镀膜设备第六章溅射靶及靶材配置 3 第一章真空第一章真空 4 1 1生活中的真空第一章真空 5 帕斯卡Pa 1Pa 1N 标准大气压atm 1atm 101325Pa托Torr 1Torr 133 32Pa毫巴mbar 1mbar 100Pa 第一章真空 6 大气 103mbar低真空 103 10 3mbar中真空 10 3 10 6mbar高真空 10 6 10 9mbar超高真空 10 9mbar 第一章真空 7 2 2气体分子平均自由程不同真空度下的平均自由程第一章真空 8 第一章真空 9 第一章真空 6 真空的获得 10 旋叶泵旋叶泵的特点经济耐用工作范围大气压 10 3mbar极限真空 10 3mbar缺点振动反油第一章真空 11 罗茨泵机械泵的特点启动快抽速大工作范围低中真空极限真空取决于前级泵罗茨泵压缩比较小一般需要串联使用第一

2、章真空 12 涡轮分子泵涡轮分子泵的特点抽速大无油启动快工作范围 10 2 10 6mbar极限真空 10 6mbar缺点振动成本高易损第一章真空 13 油扩散泵油扩散泵的特点经济耐用无振动工作范围 10 4 10 9mbar极限真空 10 6mbar 10 9mbar 液氮冷却缺点反油需预热第一章真空 14 几种常用泵的极限压强与启动压强目录第一章真空第三章溅射原理第四章反应性溅射第五章溅射镀膜设备第六章溅射靶及靶材配置 15 第二章等离子体第二章等离子体 16 等离子体是由部分分子原子及原子被电离后产生的正离子和负电子组成的离子化气体状物质它是除去固液气外物质存在的第四态等离子体是一种很好的导电体呈准中性状态 2 1辉光放电第二章等离子体 17 2 3雷电 2 4极光第二章等离子体 18 2 5日光灯 2 4真空镀膜第二章等离子体 19 辉光放电产生的条件在放电开始前放电间隙间电场是均匀的放电过程主要是靠阴极发射电子来维持的放电气压一般维持在10 10 3mbar 放电电流密度一般要维持在10 1 102mA cm2

3、电压一般为300 5000V 溅射所需要的轰击离子通常采用辉光放电获得辉光放电是气体放电的一种类型是一种稳定的自持放电第二章等离子体 20 1 在真空室内安置两个电极 2 通入压力为10 3 10 2Pa的气体通常是Ar 3 在电极上加上高电压辉光放电产生等离子体目录第一章真空第二章等离子体第四章反应性溅射第五章溅射镀膜设备第六章溅射靶及靶材配置 21 第三章溅射原理第三章溅射原理 1 溅射电源 22 直流溅射用于导电靶中频溅射用于导电靶射频溅射用于绝缘靶不同的溅射电源第三章溅射原理 2 直流溅射 23 3 1直流溅射示意图直流溅射原理图第三章溅射原理 2 直流溅射溅射气体的选择第三章溅射原理 2 直流溅射溅射气体的选择第三章溅射原理 3 磁控溅射 26 3 2磁控溅射示意图磁控溅射第三章溅射原理 4 射频溅射 27 射频溅射第三章溅射原理 4 射频溅射 28 阻抗匹配 3 4简单电路右图中 E 理想电源r 电源内阻R 负载电阻当负载电阻等于电源内阻时负载将获得最大功率这种工作状态就称为匹配第三章溅射原理 4 射频溅射 29 阻抗匹配

4、阻抗匹配指负载阻抗与电源阻抗互相适配得到最大功率输出地一种工作状态阻抗匹配的两种情况纯电阻电路负载等于电源内阻当电源和负载含有阻抗成分时就必须满足共轭关系即电阻成分相等电抗成分数值相等而符合相反这种匹配就是共轭匹配第三章溅射原理 4 射频溅射 30 阻抗匹配由于射频溅射设备的放电阻抗大多为10K 射频电源的内阻大约为50 所以二者要进行良好的匹配由于设备内的电极和挡板的布置等是变化的所以要利用匹配网络进行匹配以使射频功率有效地输入到设备内目录第一章真空第二章等离子体第三章溅射原理第五章溅射镀膜设备第六章溅射靶及靶材配置 31 第四章反应性溅射第四章反应性溅射 32 在溅射镀膜时有意识地将某种反应性气体引入溅射室并达到一定的分压即可改变或控制沉积特性从而获得不同于靶材的新物质薄膜这就叫反应性溅射通入不同的反应气体就可以得到不同的沉积膜层通入氧气可以形成氧化膜通入氮气可以形成氮化膜通入甲烷 CH4 可以形成碳化物膜通入硫化氢 H2S 可以形成硫化物膜反应性溅射第四章反应性溅射 33 Ar O Zn Zn 反应性溅射目录第一章真空第二章等离子体第三章溅射原理第四章反应性溅射第六章溅射靶及靶材配置 34 第五章溅射镀膜设备第五章溅射镀膜设备 35 5 1溅射镀膜设备第五章溅射镀膜设备 36 5 2溅射镀膜设备示意图各个腔室底压要求上下料腔室底压 C1 C7 1x10 3mbar缓冲腔室底压 C2 C6 3x10 6mbar传输腔室底压 C3 C5 1 5x10 6mbar工艺腔室底压 C4 1 C4 8 1 5x10 6mbar 目录第一章真空第二章等离子体第三章溅射原理第四章反应性溅射第五章溅射镀膜设备 37 第六章溅射靶及靶材配置第六章溅射靶及靶材的配置 38 6 1平面靶 6 2圆柱靶第六章溅射靶材及靶材的配置 39 圆柱靶与平面靶利用率比较第六章溅射靶材及靶材的配置 40 6 3靶材配置示意图第六章溅射靶材及靶材的配置 41 膜层参数讲解结束讲解结束谢谢 42

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