最新半导体薄膜技术与物理PPT课件.ppt

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1、2直流辉光放电过程的形成VB： 击穿电压9溅射率与入射离子能量的关系溅射率与离子入射角的典型关系溅射率与入射离子的能量成正比，还与入射离子的入射角有关104eV：下降（注入增加）060o：单调增加7080o：最大90o：010溅射率与靶材原子序数的关系同周期元素：溅射率随原子序数增大而增加Ag、 Au、Cu溅射率大；C、Si、Ti等的溅射率较小11Xe+轰击靶材时溅射率与温度的关系温度低时：几乎不变化超过一定温度时：急剧增加（高温，靶原子本身热动能大）12不同能量的Ar+对几种化合物的溅射率溅射合金和化合物时，溅射率一般不能直接从组成金属的溅射率值来确定，存在较大的差异性。132.3.3 溅射

2、粒子的速度和能量溅射粒子的速度和能量溅射Cu原子速度分布图He+：平均速度=4105 cm/s 平均能量 E=1/2m2=4.5 eVAr+：平均速度=36105 cm/s 平均能量 E=3040 eV轻金属元素10eV左右，重金属元素U，E=44eV142.3.4 溅射速率和淀积速率溅射速率和淀积速率dPPRTDMRD12ASNNSMR/max1112 RTMPRd（1）溅射速率： N：单位时间碰撞在单位靶面积上的粒子数，S：溅射率，M：靶材原子量，NA：阿佛伽德罗常数。（2）扩散速率： D：扩散系数，R：气体普适系数，T：绝对温度，P2：靶附近蒸汽压，P1：基板附近蒸汽压，d：靶至基板的距

3、离。 （3）淀积速率：1：基板表面凝结系数，T1：基板温度。15（1 1）阴极（二极）溅射和三极（四极）溅射）阴极（二极）溅射和三极（四极）溅射2.3.5 溅射的种类溅射的种类阴极溅射原理图三极（四极）溅射原理图 无栅极时为三极溅射 有栅极时为四极溅射16（2 2）射频（高频）溅射）射频（高频）溅射射频溅射原理图可溅射绝缘体。高频范围：530MHz（一般rf13.56MHz ）17（3 3）磁控溅射磁控溅射 磁控原理与普通溅射技术相结合，利用磁场的特殊分布控制电场中电子的运动轨迹，改进溅射的工艺电子在正交电磁场中的作用力：采用正交电磁场能够提高离化率离化率：0.30.5% 56%电子在正交电磁

4、场中的运动轨迹磁控溅射主要有三种形式：平面型、圆柱型、S枪)(HVeEeF衬底：“近冷”态18磁控溅射电极类型192.3.6 反应溅射反应溅射应用溅射技术制备介质膜通常有两种方法： 高频溅射 反应溅射，特别是磁控反应溅射例如：在O2气氛中产生反应而获得氧化物 在N2或NH3中获得氮化物 在O2+N2混合气体中得到氮氧化物 在C2H2或CH4中 得到碳化物和由HF或CF4得到氟化物等反应物之间产生反应的必要条件：反应物分子必须有足够高的能量以克服分子间的势垒20势垒与能量关系为： Ea=NAEa为反应活化能，NA为阿佛伽德罗常数。根据过渡态模型理论，两种反应物的分子进行反应时，首先经过过渡态以活

5、化络合物，然后再生成反应物，如上图所示。可见，反应物要进行反应，必须有足够高的能量去克服反应活化能。Ea和Ea分别为正、逆向反应活化能x：反应物初态能量W：终态能量T：活化络合物能量E：反应物与生成物能量之差21热蒸发粒子的平均能量只有0.10.2eV，而溅射粒子可达1020eV，比热蒸发高出二个数量级。蒸发与溅射粒子的能量分布图22其中能量大于反应活化能Ea的粒子数分数可近似地表示为：kTEAa/exp sasEEA23exp seaesEEEAAM1123exp假设只有能量大于Ea的粒子能参与反应，那么，溅射粒子的反应度必然远远大于蒸发粒子。由于平均能量，因此溅射分子或原子的能量大于Ea的

6、分数同理，热蒸发分子或原子能量大于Ea的分数 easEEA23exp式中 和 分别为溅射和蒸发粒子的平均动能由图可以看出，能量EEa的溅射粒子远远多于蒸发粒子，其倍数：sEeE232)-(2 2ZnOO2Zn1)-(2 TiO空气OTiC1000燃烧22C12002 若两种反应物处在同一能量状态，则Ti、Zn和O2的反应活化能Ea大约分别为0.2eV和0.17eV，但常温基板表面的氧分子完全处于钝化态（可能有百分之几的离子氧），因此，膜料粒子最小的反应能阈值至少增加一倍，即Ti、Zn与O2反应至少要有0.4和0.34eV的能量。 设溅射原子的平均动能为15eV，由式(2-1)和(2-2)，则大约有98%的溅射Ti原子和Zn原子能量大于Ea，而蒸发Ti原子和Zn原子分别只有10%和0.5%左右。 举例来说，Ti和Zn与氧反应，反应方程式是24RTECa/exp 若用平均动能代替温度T，则参加反应的高能粒子越多，反应速度越快反应速度与活化能Ea的关系为是反应速度常数R是气体常数C是有效碰撞的频率因子ENECAa23expsEeE ，故溅射的反应速度要比热蒸发快得多