濺射鍍膜與真空蒸發鍍膜相比,有如下優點:可實現大面積沉積,可進行大規模連續生產;任何物質均可以濺射,尤其是高熔點、低蒸氣壓元素及化合物;濺射鍍膜組織致密,無氣孔,與基材的附著性好。但也存在濺射設備復雜、需要真空系統及高壓裝置、濺射沉積速度慢等不足。
20世紀50年代有人利用濺射現象在實驗室中制成薄膜。20世紀60年代制成集成電路的Ta膜,開始了它在工業上的應用。1965年)IBM公司研究出射頻濺射法,使絕緣體的濺射鍍膜成為可能。以后又發展了很多新的濺射方法,研制出多種濺射鍍膜裝置如二極濺射、三極濺射、四極濺射、磁控濺射、離子束濺射、反應濺射、偏壓濺射、射頻濺射等方法。
一、濺射鍍膜方法
(一)直流二極濺射
二極濺射是最早采用的一種濺射方法。它是以鍍膜材料為陰極,而被鍍膜材料為陽極。陰極上接1-3KV 的直流負高壓,陽極通常接地。工作時先抽真空,再通氬氣,使真空室內達到濺射氣壓。接通電源,陰極靶上的負高壓在兩極間產生輝光放電并建立起一個等離子區,其中帶正電的氬離子在陰極附近的陰極電位降作用下,加速轟擊陰極靶,使靶物質表面濺射,并以分子或原子狀態沉積在基片表面,形成靶材料的薄膜。
這種裝置的{zd0}優點是結構簡單,控制方便。缺點有:因工作壓力較高膜層有玷污;沉積速率低,不能鍍10um以上的厚膜;由于大量二次電子直接轟擊基片使基片溫升過高。
(二)三極濺射
三極濺射是在二極濺射的裝置上附加一個電極———熱陰極,發射熱電子,熱電子在電場吸引下穿過靶與基極間的等離子體區,使熱電子強化放電,它既能使濺射速率有所提高,又能使濺射工況的控制更為方便。電流密度提高到1-3mA/cm2,靶電壓降至1-2kv。熱陰極0-50v負偏壓。這樣,濺射速率提高,由于沉積真空度提高,鍍層質量得到改善。
(三)四極濺射
在三極濺射的基礎上在鍍膜室外附加一個聚束線圈,也稱為輔助陽極或穩定電極。聚束線圈的作用是將電子匯聚在靶陰極和基片陽極之間,其間形成低電壓、大電流的等離子體弧柱,大量電子碰撞氣體電離,產生大量離子。電子做螺旋運動,增加電子到達電子收集極的路程,因此增加了碰撞電離的概率,電流密度達2-5mA/cm2。另外,聚束線圈還有使放電穩定的作用。
這種濺射方法還是不能抑制由靶產生的高速電子對基片的轟擊,還存在因燈絲具有不純物而使膜層玷污等問題。
(四)射頻濺射
離的運動,與氣體原子形成更多次數的碰撞。這樣,可使該氣體得到更加充分的電離,從而提高濺射效果。在射頻電源交變電場作用下,氣體中的電子隨之發生振蕩,并使氣體電離為等離子體。射頻濺射的缺點是大功率的射頻電源不僅價高,對于人身防護也成問題。因此,射頻濺射不適于工業生產應用。
20世紀60年代利用射頻輝光放電,可以制取從導體到絕緣體的任意材料的薄膜,是一種應用很廣的濺射方法。射頻是指無線電波發射范圍的頻率。射頻濺射是在靶陰極上接上高頻電源,為了避免干擾電臺工作,濺射專用頻率規定為13.56MHz。在高頻脈沖作用下,使電子做更長距