什么是金属蒸镀？薄膜沉积技术指南

蒸发金属是一种常用于薄膜沉积的工艺，即在受控环境中将金属加热至其蒸发点，使其蒸气在基底上凝结形成薄层。这种工艺广泛应用于半导体、光学和涂层等行业。蒸发金属的关键在于创造合适的条件--高真空和精确加热，以确保金属蒸发时不会受到污染或氧化。通常采用热蒸发和电子束蒸发等技术，根据材料和应用的不同，每种技术都具有特定的优势。

要点详解：

了解金属蒸发的基本原理
- 金属蒸发是指加热金属直至其蒸发，然后将蒸气沉积到基底上形成薄膜。
- 这一过程需要高真空环境，以防止污染，并确保蒸气能自由到达基底。
- 真空室通常由不锈钢制成，内有坩埚或坩埚舟（由钨或钼等耐火材料制成），用于盛放待蒸发的金属。
热蒸发技术
- 电阻加热蒸发:使用电阻加热元件（如钨丝或船形加热元件）加热金属。这种方法适用于熔点较低的金属。
- 电子束蒸发（E-Beam）:聚焦电子束用于将金属加热到极高的温度，是高熔点金属的理想选择。电子束直射金属源，避免了对灯丝的污染。
- 闪蒸:将少量金属快速加热至汽化，常用于高温分解的材料。
- 感应加热蒸发:利用电磁感应加热金属，提供精确的温度控制。
- 努森电池蒸发:用于蒸发蒸汽压极低的材料的专门方法，常用于研究环境。
电子束蒸发详解
- 电子束蒸发特别适用于沉积难熔金属和化合物的高纯度薄膜。
- 该工艺通过钨丝产生一束电子束，然后利用磁场将电子束射向金属源。
- 高能电子撞击金属，将其加热至气化。
- 其中一个挑战是 X 射线的产生，它会损坏晶圆上的 CMOS 层等敏感材料。通过退火步骤可以缓解这一问题。
适合蒸发的材料
- 可蒸发的材料范围很广，包括纯金属（如铝、金）以及锑化物、砷化物、硼化物、碳化物、氟化物、氮化物、氧化物、硒化物、硅化物、硫化物和碲化物等化合物。
- 材料的选择取决于薄膜所需的特性，如导电性、反射性或耐化学性。
金属沉积工艺的步骤
- 制备:从干净的基底（如硅晶片）开始。
- 装载:将待蒸发的金属放入坩埚或舟子中。
- 蒸发:使用所选技术（如电阻加热或电子束）加热金属，直至其蒸发。
- 沉积:金属蒸气穿过真空室，凝结在基底上，形成一层薄膜。
- 后处理:退火或其他处理可用于提高胶片质量或解决 X 射线损伤等问题。
金属蒸发的应用
- 半导体:沉积用于互连的铝或铜等金属薄膜。
- 光学:为镜子制作反射涂层或为镜片制作防反射涂层。
- 涂层:在各种材料上涂抹保护层或装饰层。
优势与挑战
- 优势:高纯度薄膜、对薄膜厚度的精确控制以及与多种材料的兼容性。
- 挑战:需要专业设备，能耗高，可能存在污染或 X 射线损坏等问题。

了解了这些关键点，就能有效地为特定应用选择合适的蒸发技术和参数，确保高质量的薄膜沉积。

汇总表：

方面	详细信息
工艺流程	在高真空环境中加热金属，使其蒸发并在基底上沉积薄膜。
关键技术	热蒸发、电子束蒸发、闪蒸、感应加热。
材料	纯金属（如铝、金）和化合物（如氧化物、氮化物）。
应用	半导体、光学、保护涂层。
优势	高纯度薄膜、精确的厚度控制、广泛的材料兼容性。
挑战	专业设备、高能耗、潜在污染或 X 射线损坏。