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广州脉冲磁控溅射 广东省科学院半导体研究所供应

信息介绍 / Information introduction

磁控溅射的工艺研究:1、磁场:用来捕获二次电子的磁场必须在整个靶面上保持一致,广州脉冲磁控溅射,而且磁场强度应当合适。磁场不均匀就会产生不均匀的膜层。磁场强度如果不适当,那么即使磁场强度一致也会导致膜层沉积速率低下,而且可能在螺栓头处发生溅射。这就会使膜层受到污染。如果磁场强度过高,广州脉冲磁控溅射,可能在开始的时候沉积速率会非常高,但是由于刻蚀区的关系,这个速率会迅速下降到一个非常低的水平。同样,这个刻蚀区也会造成靶的利用率比较低。2、可变参数:在溅射过程中,通过改变改变这些参数可以进行工艺的动态控制,广州脉冲磁控溅射。这些可变参数包括:功率、速度、气体的种类和压强。中频交流磁控溅射在单个阴极靶系统中,与脉冲磁控溅射有同样的释放电荷、防止打弧作用。广州脉冲磁控溅射

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磁控溅射的工艺研究:1、系统参数:工艺会受到很多参数的影响。其中,一些是可以在工艺运行期间改变和控制的;而另外一些则虽然是固定的,但是一般在工艺运行前可以在一定范围内进行控制。两个重要的固定参数是:靶结构和磁场。2、靶结构:每个单独的靶都具有其自身的内部结构和颗粒方向。由于内部结构的不同,两个看起来完全相同的靶材可能会出现迥然不同的溅射速率。在镀膜操作中,如果采用了新的或不同的靶,应当特别注意这一点。如果所有的靶材块在加工期间具有相似的结构,调节电源,根据需要提高或降低功率可以对它进行补偿。在一套靶中,由于颗粒结构不同,也会产生不同的溅射速率。这也需要在镀膜期间加以注意。不过,这种情况只有通过更换靶材才能得到解决,这时候为了得到优良的膜层,必须重新调整功率或传动速度。因为速度对于产品是至关重要的,所以标准而且适当的调整方法是提高功率。广州单靶磁控溅射特点单向脉冲正电压段的电压为零!溅射发生在负电压段。

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真空磁控溅射技术的特点:磁控溅射是由二极溅射基础上发展而来,在靶材表面建立与电场正交磁场,解决了二极溅射沉积速率低,等离子体离化率低等问题,成为镀膜工业主要方法之一。磁控溅射与其它镀膜技术相比具有如下特点:可制备成靶的材料广,几乎所有金属,合金和陶瓷材料都可以制成靶材;在适当条件下多元靶材共溅射方式,可沉积配比精确恒定的合金;在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其它活性气体,可沉积形成靶材物质与气体分子的化合物薄膜;通过精确地控制溅射镀膜过程,容易获得均匀的高精度的膜厚;通过离子溅射靶材料物质由固态直接转变为等离子态,溅射靶的安装不受限制,适合于大容积镀膜室多靶布置设计;溅射镀膜速度快,膜层致密,附着性好等特点,很适合于大批量,高效率工业生产。

磁控溅射的基本原理是利用Ar一O2混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下,被加速的高能粒子轰击靶材表面,能量交换后,靶材表面的原子脱离原晶格而逸出,转移到基体表面而成膜。磁控溅射的特点是成膜速率高,基片温度低,膜的粘附性好,可实现大面积镀膜。该技术可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。磁控溅射是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后,并不直接飞向阳极,而是在正交电磁场作用下作来回振荡的近似摆线的运动。高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量,使之电离而本身变成低能电子。这些低能电子较终沿磁力线漂移到阴极附近而被吸收,避免高能电子对极板的强烈轰击,消除了二极溅射中极板被轰击加热和被电子辐照引起的损伤,体现出磁控溅射中极板“低温”的特点。由于外加磁场的存在,电子的复杂运动增加了电离率,实现了高速溅射。磁控溅射的技术特点是要在阴极靶面附件产生与电场方向垂直的磁场,一般采用永久磁铁实现。磁控溅射在靶材表面建立与电场正交磁场,解决了二极溅射沉积速率低,等离子体离化率低等问题。

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交流磁控溅射和直流溅射的区别:交流磁控溅射和直流溅射相比交流磁控溅射采用交流电源代替直流电源,解决了靶面的异常放电现象。交流溅射时,靶对真空室壁不是恒定的负电压,而是周期一定的交流脉冲电压。设脉冲电压的周期为T,在负脉冲T—△T时间间隔内,靶面处于放电状态,这一阶段和直流磁控溅射相似;靶面上的绝缘层不断积累正电荷,绝缘层上的场强逐步增大;当场强增大至一定限度后靶电位骤降为零甚至反向,即靶电位处于正脉冲△T阶段。在△T时间内,放电等离子体中的负电荷─电子向靶面迁移并中和了绝缘层表面所带的正电荷,使绝缘层内场强恢复为零,从而消除了靶面异常放电的可能性。电离原子更容易与薄膜工艺中涉及的其他粒子相互作用,因此更有可能在基底上沉积。广州脉冲磁控溅射步骤

脉冲磁控溅射是采用矩形波电压的脉冲电源代替传统直流电源进行磁控溅射沉积。广州脉冲磁控溅射

非平衡磁控溅射的磁场有边缘强,也有中部强,导致溅射靶表面磁场的“非平衡”。磁控溅射靶的非平衡磁场不只有通过改变内外磁体的大小和强度的永磁体获得,也有由两组电磁线圈产生,或采用电磁线圈与永磁体混合结构,还有在阴极和基体之间增加附加的螺线管,用来改变阴极和基体之间的磁场,并以它来控制沉积过程中离子和原子的比例。非平衡磁控溅射系统有两种结构,一种是其芯部磁场强度比外环高,磁力线没有闭合,被引向真空室壁,基体表面的等离子体密度低,因此该方式很少被采用。另一种是外环磁场强度高于芯部磁场强度,磁力线没有完全形成闭合回路,部分外环的磁力线延伸到基体表面,使得部分二次电子能够沿着磁力线逃逸出靶材表面区域,同时再与中性粒子发生碰撞电离,等离子体不再被完全限制在靶材表面区域,而是能够到达基体表面,进一步增加镀膜区域的离子浓度,使衬底离子束流密度提高,通常可达5mA/cm2以上。这样溅射源同时又是轰击基体表面的离子源,基体离子束流密度与靶材电流密度成正比,靶材电流密度提高,沉积速率提高,同时基体离子束流密度提高,对沉积膜层表面起到一定的轰击作用。广州脉冲磁控溅射

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