文档介绍：真空溅射镀膜
诚真企业有限公司
溅射镀膜制程
溅射镀膜之必要制程可分三大项·即
真空排气( Pumping)
气体导入( Gas introducing)
放电( Discharge)
如一般之真空系统·可使用油扩散真空帮浦( Oil diffusion pump)·涡轮分子真空
帮浦( Turbomolecular pump)等高真空排气裝置,配合油回转帮蒲( Oil rotary
pump)·使溅镀室之真空度最少能达到106Tor或更好的程度·方可实施溅镀。一般依
溅镀材料之不同·真空排气之要求·应特别注意溅镀室內可能残存气体种类及含星(或溅
镀室內壁·在高真空下可能逸出之气体)·对溅镀效果而安排适当的排气组件组合
2气体导入
溅射镀膜时·氩气为最主要溅射气体源·若还有他种气体欲导入时·目的即在做化
学反应溅镀,一般对氩气的比例均较低,故气体导入时,先以氩气导入之控制为主。而其
控制方式可采用定压或定星方式·原则上以可容许之最大流呈为佳,如此可减少器壁内残
存有害气体逸出( Out ga5)之影响,惟不可影响到排气系统的排气能力
一殷气体导入控制以质量流动控制器( Mass flow Controller)最容易操作·而且稳
定·气体导入操作方法,一般系在溅镀室之真空度达到最好程度(106To以下)时,然
后导入气体·调整溅铍室的真空度约在5~8x104To为最大流量(高真空排气能力不调
整时)·惟需注意高真空帮浦之背压·不可超过其临界值为限()
若背压超过时·即表示补助帮浦(油回转帮浦)排气能量不足
经以上气体导入后,使其达到稳定状态·即可将主真空阀之排气度减低(尖小主真空
阀之开口·或控制节流阀之开合度)使溅镀室的真空度达到5x102~5×10-3Torr(视靶
材材质·靶面至遮板或基板距离及靶结构而定)。并待数分钟,使其达到稳定状态·即可
进入放电操作
3放电
溅射目的之达成·即在使氩气·电离成正离子后撞击靶面·使靶材原子溅射
出来并沈积于基板上·故必须将靶材施予负性高电压·以达到此目的。其放电情
况·在有磁控装置时·如图2-1所示。
LEGEND
Fieid
Target atoms
B"Field
A。nto
ed
區2-1平面磁控放電剖面情况。
于溅射放电时·阴极靶面所形成之阴极暗区(简称暗区)具有相当重要之影响·一般于施
加负电压之阴极对阳极之溅镀室壁及基板(一般为接地形态)放电时,暗区之宽度约在10
到30mm之间
暗区宽度依气体压力而定,气体压力愈高(即真空度较差时)·暗区宽度愈小。暗区
太宽或太窄,对溅射镀膜·都无法达到最好的效果
图2-2a即气体压力太高·暗区宽度变窄·放电介于靶材及阴极屏蔽之间。而靶材与阴
极屏蔽(接地电位)间距高约在7mm以下,当靶材与屏蔽发生放电时,不仅产生不纯物沈
积,于阴阳极间的绝缘材·而导致阴极阳极间之高电压短路·这是非常危险的
图2-2C即当气体压力太低时,放电即很难产生,假使放电能产生,亦很难稳定
Targee cathode
图2-2a暗区宽度太窄
图2-2b区宽度适
图2-2C暗区宽度太宽
第一节溅射镀膜原理
直流二极溅射原理
直流二极溅射是利用直流辉光放电使气体电进·如图8-1所示。图8-1a是一个辉光放电
管·其中装有两个电极·作为阴极和阳极●将管内抽真空·使其真空度达到10Pa左右·再
加上几百伏的直流电压·就会产生辉光放电·辉光放电区域并不是均勻的·只要两个电极
之间有足够的距离·就能观察到一些明暗程度不同的区域。这些区域主要是阴极暗区丶负
辉区丶法拉第暗区和正辉区(图8-1a)
除阴极暗区以外·其他各个区域或者是等高子体区(阳极辉柱)·或者近似于等离子体区
(负辉区和法拉第暗区)·等离子体之中存在大呈自由电子·是一种良导体,因此加在放电
极的电压·几乎毫无损失地通过各个等高子区·而全部加在阴极暗区。图8-1b是辉光
放电区的电位分布
图8-1二极直辉光放电
囫飞
)辉光放电区的结构
1-阴极2-阴极暗区3-负辉区
4-法拉第暗区5-阳极辉柱6-阳狈倥φ
军光放电区的电值分布
存在于负辉区等离子体之中的高子·一日由于热运动而进入阴极暗区,就会被其中存
在的电场加速而飞向阴极·阴极表面的溅射效应,就是由这些高子造成的。此外,这些离
子还从阴极表面击出电子·即所谓二次电子二次电子也受到阴极暗区电场的加速,但飞
行方向是飞高阴极·辉光放电之所以能够维时不变·正是依赖于这些二次电子在行程中与
气体原子发生碰撞电高·恢而不断产生新的高子和电子