Magnetron sputtering丨influence on the quality of thin films

2024-04-07

pulverización catódica por magnetrónTiene las ventajas de alta velocidad, baja temperatura, bajo daño, etc. Especialmente, es fácil hacer continuamente capas de película de gran superficie, lo que es conveniente para la automatización y la producción en masa. En los últimos años, el sputtering por magnetrón se ha utilizado ampliamente en circuitos integrados a gran escala, componentes electrónicos, grabación magnética y óptica magnética, pantallas planas, así como en óptica, energía, maquinaria y otros campos industrializados.

Fuentes de pulverización catódica por magnetrón

La deposición catódica por plasma es unaDeposición física de vapor (PVD)que se utiliza desde hace décadas como método flexible, fiable y eficaz de deposición de películas finas. En el siglo XIX, Grove observó depósitos al utilizar una descarga luminosa de corriente continua para sondear la polaridad electroquímica de un gas. En la década de 1930, la deposición por pulverización catódica de películas finas ya tenía aplicación comercial. La primera deposición por pulverización catódica se basaba en la pulverización catódica o en la pulverización catódica por diodos de corriente continua. Sin embargo, con las mejoras en la tecnología de vacío a finales de los años 50 y principios de los 60, se reconoció que se podía depositar una amplia gama de materiales conductores mediante sputtering DC. Al mismo tiempo, a principios de los 60, los Laboratorios Bell y Western Electric utilizaron el sputtering para producir películas de tántalo (Ta) para circuitos integrados, iniciando así su aplicación industrial. Tras un comienzo controvertido, la deposición por pulverización catódica con magnetrón se desarrolló rápidamente a finales de los 70 y principios de los 80 debido a las altas velocidades de deposición de las películas metálicas recubiertas, y desde entonces ha sido el pilar de la deposición por pulverización catódica con plasma. La deposición por pulverización catódica con magnetrón es también el proceso más utilizado para la deposición de películas finas y los tratamientos de ingeniería de superficies.

Principio del sputtering por magnetrón

El revestimiento por pulverización catódica es un método que consiste en formar un plasma en la superficie de un material objetivo y bombardear la superficie del objetivo con partículas cargadas de energía en el plasma, de modo que las partículas pulverizadas formen un revestimiento en la superficie del sustrato, es decir, se forme una película por el fenómeno de pulverización catódica. Según la estructura y la posición relativa de los electrodos y el proceso de recubrimiento por pulverización catódica, puede dividirse en pulverización catódica secundaria de CC, pulverización catódica terciaria (incluida la cuadrupolar), pulverización catódica por magnetrón, pulverización catódica de blanco opuesto y pulverización catódica ECR.

Los métodos de deposición física suelen tener pocas limitaciones en cuanto al material que se deposita en el sustrato y pueden depositar prácticamente cualquier material. El proceso físico básico del sputtering por plasma es el intercambio de momento entre materia energética y átomos dentro del cátodo objetivo. Los materiales energéticos suelen ser iones de gases nobles inertes porque se aceleran más fácilmente a través de la vaina del cátodo hasta el blanco catódico que los átomos neutros. Los recubrimientos por pulverización catódica ofrecen muchas ventajas sobre los recubrimientos de vacío convencionales. Por ejemplo, la capa de película y la adherencia del sustrato; puede ser conveniente para producir película de alto punto de fusión; en una gran área de sustrato continuo se puede producir capa de película uniforme; fácil de controlar la composición de la película, se puede producir una variedad de diferentes composición y relación de la película de aleación; se puede llevar a cabo a la pulverización catódica reactiva, producir una variedad de compuestos de película, puede ser convenientemente chapado con una película de múltiples capas; fácil de industrializar la producción de fácil de realizar la continuidad de la automatización, y otras operaciones. En los últimos años, la tecnología de pulverización catódica de magnetrón en el aumento de la ionización del metal, mejorar la utilización de destino, mejorar la tasa de deposición y evitar el envenenamiento del objetivo en la pulverización catódica de reacción y otros aspectos del desarrollo continuo. La superficie del blanco del magnetrón se pulveriza de forma desigual. A lo largo de la pista por la que se desplazan los electrones a lo largo de la línea de la rueda giratoria, parte de la superficie del blanco es pulverizada preferentemente por iones, formando surcos de pulverización catódica. Se ha demostrado que el tamaño de grano del blanco, la micro morfología de la superficie, etc. desempeñan un papel importante en la fabricación de películas finas.

Razones que afectan a la calidad de las películas pulverizadas por magnetrón

presión de pulverización catódica

El principal efecto de la presión del aire de pulverización catódica es la energía de los iones pulverizados, y el nivel de energía de los iones afecta a la capacidad de éstos para migrar y difundirse cuando alcanzan el sustrato, lo que repercutirá en la resistividad, la suavidad de la superficie, etc. Además, el efecto de la presión del aire de trabajo sobre el rendimiento del sputtering es doble. Por un lado, aumenta la probabilidad de colisión de los electrones con los átomos de gas Ar, lo que aumenta la probabilidad de colisión de los átomos de gas Ar ionizados, lo que aumenta la cantidad de gas Ar ionizado y, por tanto, la pulverización catódica de más átomos objetivo. Por otro lado, hace que las moléculas de gas que bombardean colisionen con frecuencia con los átomos objetivo, lo que reduce la tasa de átomos depositados en el sustrato.

potencia de pulverización catódica

Un aumento de la potencia de sputtering puede incrementar la velocidad de sputtering, aumentar la densificación de la película y mejorar la calidad de la capa de la película. Sin embargo, una potencia de sputtering excesiva puede aumentar la probabilidad de colisiones atómicas y reducir la eficacia de la deposición.

tensión de polarización

Durante el proceso de recubrimiento por pulverización catódica, el bombardeo del sustrato por iones puede afectar gravemente a la estructura y morfología de la película depositada. La aplicación de un voltaje negativo al sustrato puede potenciar el efecto del bombardeo, dando lugar a una superficie relativamente lisa de la película, y reducir la proporción y el volumen de los agujeros. Estas propiedades son el resultado de la migración inducida por el bombardeo iónico de los átomos depositados en la superficie del sustrato.

temp

La morfología superficial de las películas depositadas por pulverización catódica se ve afectada principalmente por la temperatura del sustrato y, en menor medida, por la unión entre el revestimiento y el sustrato.

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