硅可以溅射吗？射频和直流薄膜沉积方法指南

是的，硅是常规溅射的材料。 它是半导体、光学涂层和太阳能行业中用于制造高质量硅薄膜的基石物理气相沉积 (PVD) 技术。该过程具有高度可控性，可以精确地设计薄膜的性能。

虽然溅射硅是一个基本过程，但关键的决定不是是否可以完成，而是如何完成。射频和直流溅射的选择，结合具有正确纯度、晶体结构和掺杂的硅靶材的选择，直接决定了最终薄膜的性能。

硅如何溅射：核心机制

溅射是一种真空沉积过程，其中原子在受到等离子体中高能离子的轰击后从固体靶材中喷射出来。这些喷射出的原子随后穿过真空并沉积到基板上，形成薄膜。

由于本征（未掺杂）硅是一种具有高电阻率的半导体，在这种情况下它表现得像绝缘体。它无法维持直流 (DC) 放电。

因此，射频 (RF) 溅射是标准方法。射频电源（通常为 13.56 MHz）的快速交变电场可防止正电荷在靶材表面积聚，从而确保稳定的等离子体和连续的溅射过程。

直流 (DC) 溅射只能在硅靶材具有足够导电性时使用。

这通过使用重掺杂硅靶材来实现，其中添加了硼（p 型）或磷（n 型）等杂质以显著降低材料的电阻率。直流溅射通常比射频溅射提供更高的沉积速率。

您溅射的“硅”不是一种通用材料。源靶材的特性对所得薄膜至关重要。

单晶硅靶材是从大型完美晶锭中切割出来的。它们提供最高的纯度并产生更均匀的溅射，这对于要求苛刻的半导体应用至关重要。

多晶硅靶材由许多小的、随机取向的晶粒组成。它们成本较低，但可能会引入轻微的不均匀性，并且由于晶界以不同速率溅射，颗粒产生的风险略高。

硅的纯度以“N”表示。“5N”靶材的纯度为 99.999%，而“6N”为 99.9999%。对于大多数微电子和半导体应用，高纯度（5N 或更高）硅至关重要，以防止不必要的污染影响薄膜的电性能。

溅射硅薄膜的电特性主要由靶材的掺杂决定。溅射硼掺杂（p 型）靶材将产生 p 型薄膜。

这使得工程师能够沉积具有预定电阻率和电荷载流子类型的薄膜，这对于创建电阻器、栅极或集成电路内的导电层等组件至关重要。

溅射硅是一个成熟的过程，但成功取决于管理关键变量和潜在陷阱。

硅对氧气具有很强的亲和力。真空室中任何残留的氧气或水蒸气都会很容易与溅射的硅原子发生反应，无论是在传输过程中还是在基板表面。

这会在薄膜内形成氧化硅 (SiOx)，这会极大地改变其电学和光学性能。实现真空系统中的低本底压力对于沉积纯硅薄膜至关重要。

溅射硅薄膜固有地会产生内应力，可以是拉伸（拉开）或压缩（推挤）。这种应力源于沉积参数，特别是氩气压力。

高应力会导致薄膜开裂或从基板上剥离。工艺工程师仔细调整溅射压力，以找到一个“最佳点”，在保持良好薄膜质量的同时将应力降至最低。

一般来说，更高的溅射功率会导致更高的沉积速率。然而，这可能会以牺牲薄膜质量为代价。

过高的沉积速率会导致薄膜更疏松，原子结构更无序，从而可能降低其性能。理想的参数代表了制造吞吐量和所需薄膜规格之间的平衡。

您溅射硅的方法应完全取决于薄膜的最终应用。

理解这些核心原理将硅溅射从一个简单的沉积步骤转变为一种精确的工程工具，用于创建功能材料。