磁控溅射的原理及优点介绍

2019-11-26

  磁控溅射是在真空条件下,利用电子束加热待蒸材料,使之气化蒸发后凝结在晶片表面上成膜的设备。

  其原理是由电子枪产生的电子束在电场的作用下获得功能打在晶片上,当加速电压足够高时,所产生的热能使膜材加热气化。根据电子束轨迹,电子枪可分为直射式或偏转式,偏转式电子枪又可分为环形、L型和E型,目前主要是E型电子枪。

  磁控溅射电子束的产生:

  1.熱电子发生(ther mionic assion): 当高熔点金属被加热高温度时,其表面电子之动能大于束缚能而逸出。当发射电流较大时,其电流密度受正负极间的距离d及电压v的控制而依循如下方程式: J=βV 3/2/d2其中β是常数等于2.335*10-6AMP/(单位面积)。

  2、电子束的加速: 由于电子带有电荷,所以可以施加电场加速,所以电子束的功能为1/2mev2=eV ,me为电子质量,一般V为5kv到15kv,假设V为10kv,则电子速度可达6*104km/sec(6万公里/秒),高速电子撞在膜材料上转换成热能,温度可达几千度(总能量为w=nev。n为电子密度)而把膜材料蒸发成气体。

  磁控溅射的优点:

  1、正离子的偏转方向与电子偏转方向相反,因此可避免直射枪中正离子对铝层的污染。

  2、电子束加速后可直接打在膜材料上,使之蒸发,但如此蒸发原子和分子会污染电子源,因此通常将电子源在装膜材料之枪座底下而利用强磁场将电子束变成2700

  3、因为电子束直接加热在膜材料上,且一般装膜材料坩锅之枪底部都有水冷却,因此比起熱电阻加热法,污染较少,膜品质较高。

  4、电子束蒸发可获得大的功率密度,又因为电子束可加速到很高的能量,一些膜性较好,熔点较高的膜材(金、镍等)都可以蒸发。