Einfluss des Magnetron-Sputterns auf die Qualität von Dünnschichten

2024-04-07

MagnetronzerstäubungDie Vorteile liegen in der hohen Geschwindigkeit, der niedrigen Temperatur, der geringen Beschädigung usw. Insbesondere ist es einfach, kontinuierlich großflächige Schichten zu erzeugen, was für die Automatisierung und die Massenproduktion von Vorteil ist. In den letzten Jahren wurde das Magnetron-Sputtern in großem Umfang in integrierten Schaltkreisen, elektronischen Bauteilen, magnetischen und optischen Aufzeichnungen, Flachbildschirmen sowie in der Optik, im Energiesektor, im Maschinenbau und in anderen Industriezweigen eingesetzt.

Quellen für die Magnetronzerstäubung

Die Plasma-Sputter-Beschichtung ist einPhysikalische Abscheidung aus der Gasphase (PVD)die seit Jahrzehnten als flexible, zuverlässige und wirksame Methode zur Abscheidung dünner Schichten eingesetzt wird. Im 19. Jahrhundert beobachtete Grove Ablagerungen, als er eine Gleichstrom-Glimmentladung zur Untersuchung der elektrochemischen Polarität eines Gases verwendete. In den 1930er Jahren wurde die Sputterdeposition von Dünnschichten kommerziell genutzt. Die frühe Sputterabscheidung basierte auf dem kathodischen Sputtern oder dem DC-Diodensputtern. Mit der Verbesserung der Vakuumtechnik in den späten 1950er und frühen 1960er Jahren erkannte man jedoch, dass eine breite Palette leitfähiger Materialien durch Gleichstromzerstäubung abgeschieden werden konnte. Gleichzeitig nutzten die Bell Laboratories und Western Electric in den frühen 1960er Jahren das Sputtern zur Herstellung von Tantalschichten für integrierte Schaltkreise und begannen so mit der industriellen Anwendung des Verfahrens. Nach einem kontroversen Start entwickelte sich das Magnetron-Sputtern in den späten 1970er und frühen 1980er Jahren aufgrund der hohen Abscheidungsraten der abgedeckten Metallschichten rasch weiter und ist seither die Hauptstütze der Plasmasputterabscheidung. Das Magnetron-Sputterverfahren ist auch das am weitesten verbreitete Verfahren für die Abscheidung von Dünnschichten und die Oberflächenbehandlung.

Prinzip des Magnetronsputterns

Die Sputterbeschichtung ist ein Verfahren, bei dem ein Plasma auf der Oberfläche eines Zielmaterials erzeugt und die Oberfläche des Ziels mit energiegeladenen Teilchen im Plasma beschossen wird, so dass die gesputterten Teilchen eine Beschichtung auf der Oberfläche des Substrats bilden, d. h. ein Film wird durch das Sputterphänomen gebildet. Je nach Struktur und relativer Position der Elektroden und des Verfahrens der Sputterbeschichtung kann man zwischen DC-Sekundärsputtern, Tertiärsputtern (einschließlich Quadrupolsputtern), Magnetronsputtern, Sputtern mit entgegengesetztem Target und ECR-Sputtern unterscheiden.

Physikalische Abscheidungsmethoden haben in der Regel nur wenige Beschränkungen hinsichtlich des auf dem Substrat abzuscheidenden Materials und können praktisch jedes Material abscheiden. Der grundlegende physikalische Prozess des Plasmasputterns ist der Impulsaustausch zwischen energetischen Stoffen und Atomen innerhalb des Kathodentargets. Bei den energetischen Stoffen handelt es sich in der Regel um Ionen inerter Edelgase, da diese leichter durch die Kathodenhülle zum Kathodentarget beschleunigt werden können als neutrale Atome. Sputtering-Beschichtungen bieten viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Vakuumbeschichtungen. Zum Beispiel, die Film-Schicht und das Substrat Haftung, kann bequem zu produzieren hohen Schmelzpunkt Film, in einem großen Bereich kontinuierlichen Substrat kann einheitliche Film-Schicht, leicht zu kontrollieren, die Film-Zusammensetzung, kann eine Vielzahl von verschiedenen Zusammensetzung und das Verhältnis der Legierung Film, kann durchgeführt werden, um reaktive Sputtern, produzieren eine Vielzahl von Verbindungen Film, kann bequem mit einem Multilayer-Film plattiert werden, leicht zu industrialisieren die Produktion von leicht zu realisieren die Kontinuität der Automatisierung, und andere Operationen. In den letzten Jahren, Magnetron-Sputter-Technologie in der Erhöhung der Metall-Ionisation, Verbesserung der Ziel-Nutzung, Verbesserung der Abscheiderate und vermeiden die Vergiftung des Ziels in der Reaktion Sputtern und andere Aspekte der kontinuierlichen Entwicklung. Die Oberfläche des Magnetron-Targets wird ungleichmäßig zerstäubt. Entlang der Bahn, auf der sich die Elektronen entlang der Spinnradlinie bewegen, wird ein Teil der Targetoberfläche bevorzugt von Ionen besputtert, wodurch Sputterrillen entstehen. Es hat sich gezeigt, dass die Korngröße des Targets, die Mikromorphologie der Oberfläche usw. eine wichtige Rolle bei der Herstellung dünner Schichten spielen.

Gründe, die die Qualität von magnetrongesputterten Schichten beeinflussen

Zerstäubungsdruck

Die Hauptwirkung des Sputterluftdrucks ist die Energie der gesputterten Ionen, und das Energieniveau der Ionen beeinflusst die Fähigkeit der Ionen zu wandern und zu diffundieren, wenn sie das Substrat erreichen, was sich auf den spezifischen Widerstand, die Glätte der Oberfläche usw. auswirkt. Darüber hinaus hat der Arbeitsluftdruck einen zweifachen Einfluss auf die Sputterausbeute. Einerseits erhöht er die Wahrscheinlichkeit des Zusammenstoßes von Elektronen mit Ar-Gas-Atomen, was die Wahrscheinlichkeit des Zusammenstoßes von ionisierten Ar-Gas-Atomen erhöht, was die Menge an ionisiertem Ar-Gas vergrößert und somit mehr Zielatome heraussputtern lässt. Andererseits führt dies dazu, dass die Gasmoleküle beim Beschuss häufig mit den Zielatomen kollidieren, wodurch sich die Rate der auf dem Substrat abgeschiedenen Atome verringert.

Sputterleistung

Eine Erhöhung der Sputterleistung kann die Sputterrate steigern, die Schichtverdichtung erhöhen und die Qualität der Schicht verbessern. Eine zu hohe Sputterleistung kann jedoch die Wahrscheinlichkeit von Atomkollisionen erhöhen und die Abscheidungseffizienz verringern.

Vorspannung

Bei der Sputterbeschichtung kann der Beschuss des Substrats mit Ionen die Struktur und Morphologie der abgeschiedenen Schicht erheblich beeinträchtigen. Das Anlegen einer entsprechenden negativen Spannung an das Substrat kann sowohl die Beschusswirkung verstärken, was zu einer relativ glatten Schichtoberfläche führt, als auch den Anteil und das Volumen der Löcher verringern. Diese Eigenschaften sind das Ergebnis der durch den Ionenbeschuss ausgelösten Migration der abgeschiedenen Atome auf der Substratoberfläche.

Aushilfe

Die Oberflächenmorphologie von aufgesputterten Schichten wird in erster Linie von der Substrattemperatur und in geringerem Maße von der Bindung zwischen der Schicht und dem Substrat beeinflusst.

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