几种溅射镀膜技术的优缺点比较

电子在电场有作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。

一、直流磁控溅射   磁控溅射镀膜设备是在直流溅射阴极靶中增加了磁场，利用磁场的洛伦兹力束缚和延长电子在电场中的运动轨迹，增加电子与气体原子的碰撞机会，导致气体原子的离化率增加，使得轰击靶材的高能离子增多和轰击被镀基片的高能电子的减少。平面磁控溅射的优点：1.靶功率密度可到 12W／cm2；2.靶电压可到600V；3.气体压强可到到0.5Pa。平面磁控溅射的缺点：靶材在跑道区形成溅射沟道，整个靶面刻蚀不均匀，靶材利用率只有20％～30％。

二、射频（RF）溅射  沉积绝缘薄膜的原理 ：将一负电位加在置于绝缘靶材背面的导体上，在辉光放电的等离子体中，当正离子向导体板加速飞行时，轰击其前置的绝缘靶材使其溅射。这种溅射只能维持10－7秒的时间，此后在绝缘靶板上积累的正电荷形成的正电位抵消了导体板上的负电位，因此停止了高能正离子对绝缘靶材的轰击。此时，如果倒转电源极性，电子就会轰击绝缘板，并在10－9秒时间内中和掉绝缘板上的正电荷，使其电位为零。这时，再倒转电源极性，又能产生10－7秒时间的溅射。射频溅射的优点：既可溅射金属靶材，也可镀绝缘体的介质靶材。

三、非平衡磁控溅射 如果通过磁控溅射阴极的内、外两个磁极端面的磁通量不相等，则为非平衡磁控溅射阴极。普通磁控溅射阴极的磁场集中在靶面附近，而非平衡磁控溅射阴极的磁场大量向靶外发散普通磁控阴极磁场将等离子体紧密地约束在靶面附近，而基片附近等离子体很弱，基片不会受到离子和电子较强的轰击。非平衡磁控阴极磁场可将等离子体扩展到远离靶面处，使基片浸没其中。

四、反应磁控溅射 在溅射过程中供入反应气体与溅射粒子进行反应，生成化合物薄膜。它可以在溅射化合物靶的同时供反应气体与之反应，也可以在溅射金属或合金靶的同时供反应气体与之反应来制备既定化学配比的化合物薄膜。反应磁控溅射制备化合物薄膜的优点：(1）所用靶材和反应气体是氧、氮、碳氢化合物等，通常容易获得高纯度制品，有利于制备高纯度的化合物薄膜；(2）通过调节工艺参数，可以制备化学配比或非化学配比的化合物薄膜，从而可调控膜的特性；(3）基板温度不高，对基板限制少；(4）适于大面积均匀镀膜，实现工业化生产。

在反应磁控溅射工艺过程中，容易出现化合物溅射的不稳定现象，具体主要有：(1)化合物靶体的制备比较困难 ；(2)靶中毒引起的引弧（弧光放电）现象和溅射过程不稳定；(3)溅射沉积速率低；(4)膜的缺陷密度高。

五、中频交流磁控溅射  在中频交流磁控溅射设备中，通常两个尺寸大小和外形相同的靶并排配置，常称为孪生靶。它们是悬浮安装。通常对两个靶同时供电，中频交流磁控反应溅射过程中，两个靶轮流作阳极和阴极，在同半周期互为阳－阴极。当靶处于负半周电位时，靶面被正离子轰击溅射；而在正半周时等离子体的电于被加速到达靶面，中和在靶面绝缘面上累积的正电荷，这样既抑制了靶面打火，又消除了“阳极消失”的现象。

中频交流磁控溅射电源频率：在10～100kHz，可保证绝缘材料靶和金属靶面上的绝缘沉积层导通。研究表明，频率过高，溅射靶的正离子能量低，溅射速率低，在满足抑制打火的前提下，电源频率应取较低值，一般不高于60～80kHz交流电的波形对溅射工艺有影响。正弦波形电源的电流响应好，一般采用对称输出。推荐中频交流磁控溅射电源：40kHz正弦波形，对称供电，带有自匹配网络的交流电源。中频双靶反应溅射的优点是：（1）沉积速率高。对硅靶，中频反应溅射的沉积速率是直流反应溅射速率的10倍；（2）溅射过程可稳定在设定的工作点；（3）消除了“打火”现象。所制备的绝缘膜的缺陷密度比直流反应溅射法的少几个数量级；（4）基板温度较高有利于改善膜的质量和结合力；（5）中频电源比射频电源容易与靶匹配。其中的一种对策就是改变电源供电运行模式，采用定期反导电的新电源运行模式，当靶面刚沉积一点绝缘膜就让离子把它溅走，当有正电荷在膜上积聚时就让负电荷把它中和。另一种方法是改变控制模式，选溅射工作点让靶面维持在金属型的状态，而沉积在基片上刚好合成所需的化合物，保持稳定高速沉积条件。本文由泽天传感归纳整理，转载请保留。