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Pulvérisation magnétron丨influence sur la qualité des films minces

pulvérisation magnétronElle présente les avantages d'une vitesse élevée, d'une faible température, de faibles dommages, etc. En particulier, il est facile de produire en continu des couches de film de grande surface, ce qui est pratique pour l'automatisation et la production de masse. Ces dernières années, la pulvérisation magnétron a été largement utilisée dans les circuits intégrés à grande échelle, les composants électroniques, l'enregistrement magnétique et optique, les écrans plats, ainsi que l'optique, l'énergie, les machines et d'autres domaines industrialisés.

Sources de pulvérisation magnétron

Le dépôt par pulvérisation cathodique est unDépôt physique en phase vapeur (PVD)qui est utilisée depuis des décennies comme une méthode flexible, fiable et efficace de dépôt de couches minces. Au 19e siècle, Grove a observé des dépôts en utilisant une décharge lumineuse à courant continu pour sonder la polarité électrochimique d'un gaz. Dans les années 1930, le dépôt de couches minces par pulvérisation cathodique a trouvé une application commerciale. Les premiers dépôts par pulvérisation cathodique étaient basés sur la pulvérisation cathodique ou la pulvérisation par diode à courant continu. Cependant, avec les améliorations apportées à la technologie du vide à la fin des années 1950 et au début des années 1960, il a été reconnu qu'une large gamme de matériaux conducteurs pouvait être déposée par pulvérisation cathodique. Au même moment, au début des années 1960, Bell Laboratories et Western Electric ont utilisé la pulvérisation pour produire des films de tantale (Ta) pour les circuits intégrés, ce qui a marqué le début de son application industrielle. Après des débuts controversés, le dépôt par pulvérisation magnétron s'est rapidement développé à la fin des années 1970 et au début des années 1980 en raison des taux de dépôt élevés des films métalliques recouverts, et constitue depuis lors le pilier du dépôt par pulvérisation plasma. Le dépôt par pulvérisation magnétron est également le procédé le plus utilisé pour le dépôt de couches minces et les traitements d'ingénierie de surface.

Principe de la pulvérisation magnétron

Le revêtement par pulvérisation est une méthode qui consiste à former un plasma à la surface d'un matériau cible et à bombarder la surface de la cible avec des particules chargées d'énergie dans le plasma, de sorte que les particules pulvérisées forment un revêtement à la surface du substrat, c'est-à-dire qu'un film est formé par le phénomène de pulvérisation. En fonction de la structure et de la position relative des électrodes et du processus de revêtement par pulvérisation, on distingue la pulvérisation secondaire à courant continu, la pulvérisation tertiaire (y compris quadripolaire), la pulvérisation magnétron, la pulvérisation sur cible opposée et la pulvérisation ECR.

Les méthodes de dépôt physique ont généralement peu de limites quant au matériau à déposer sur le substrat et peuvent déposer pratiquement n'importe quel matériau. Le processus physique de base de la pulvérisation cathodique est l'échange d'énergie entre la matière énergétique et les atomes à l'intérieur de la cible de la cathode. Les matériaux énergétiques sont généralement des ions de gaz nobles inertes, car ils sont plus facilement accélérés à travers la gaine de la cathode jusqu'à la cible de la cathode que les atomes neutres. Les revêtements par pulvérisation offrent de nombreux avantages par rapport aux revêtements conventionnels sous vide. Par exemple, l'adhérence entre la couche de film et le substrat, la possibilité de produire un film à point de fusion élevé, la possibilité de produire une couche de film uniforme sur une grande surface de substrat continu, la facilité de contrôler la composition du film, la possibilité de produire une variété de compositions et de rapports d'alliage différents, la possibilité d'effectuer une pulvérisation réactive, la possibilité de produire une variété de films composés, la possibilité de plaquer un film multicouche, la facilité d'industrialiser la production, la facilité de réaliser la continuité de l'automatisation, et d'autres opérations encore. Ces dernières années, la technologie de pulvérisation magnétron a permis d'augmenter l'ionisation des métaux, d'améliorer l'utilisation des cibles, d'améliorer la vitesse de dépôt et d'éviter l'empoisonnement des cibles lors de la pulvérisation par réaction, ainsi que d'autres aspects du développement continu. La surface de la cible du magnétron est pulvérisée de manière inégale. Le long de la piste où les électrons se déplacent le long de la ligne de la roue tournante, une partie de la surface de la cible est préférentiellement pulvérisée par des ions, formant ainsi des rainures de pulvérisation. Il a été démontré que la taille des grains de la cible, la micro morphologie de la surface, etc. jouent un rôle important dans la fabrication de films minces.

Raisons affectant la qualité des films pulvérisés par magnétron

pression de pulvérisation

Le principal effet de la pression de l'air de pulvérisation est l'énergie des ions pulvérisés, et le niveau d'énergie des ions affecte la capacité des ions à migrer et à se diffuser lorsqu'ils atteignent le substrat, ce qui aura un effet sur la résistivité, la douceur de la surface, etc. En outre, la pression de l'air de travail a un double effet sur le rendement de la pulvérisation. D'une part, elle augmente la probabilité de collision des électrons avec les atomes de gaz Ar, ce qui augmente la probabilité de collision des atomes de gaz Ar ionisés, ce qui augmente la quantité de gaz Ar ionisé, et donc la pulvérisation d'un plus grand nombre d'atomes cibles. D'autre part, les molécules de gaz de bombardement entrent fréquemment en collision avec les atomes cibles, ce qui réduit le taux de dépôt d'atomes sur le substrat.

puissance de pulvérisation

Une augmentation de la puissance de pulvérisation peut accroître la vitesse de pulvérisation, augmenter la densification du film et améliorer la qualité de la couche de film. Cependant, une puissance de pulvérisation trop élevée peut augmenter le risque de collisions atomiques et réduire l'efficacité du dépôt.

tension de polarisation

Au cours du processus de revêtement par pulvérisation cathodique, le bombardement du substrat par des ions peut sérieusement affecter la structure et la morphologie du film déposé. L'application d'une tension négative correspondante au substrat peut à la fois renforcer l'effet de bombardement, ce qui permet d'obtenir une surface de film relativement lisse, et réduire la proportion et le volume des trous. Ces propriétés sont le résultat de la migration des atomes déposés à la surface du substrat, induite par le bombardement ionique.

temp

La morphologie de surface des films déposés par pulvérisation cathodique est principalement affectée par la température du substrat et, dans une moindre mesure, par la liaison entre le revêtement et le substrat.

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