
Tingting Z
Sep 14, 2024
Als Schlüsselparameter, der die Qualität, Dickengleichmäßigkeit und Leistung des Films beeinflusst, wird die Sputterrate von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Targettyp, Vakuumgrad, Arbeitsgasdruck, Stromversorgung, magnetische Feldstärke usw. Ein gründliches Verständnis des Einflusses dieser Faktoren auf die Sputterrate ist von großer Bedeutung für die Optimierung der Prozessparameter und die Verbesserung der Qualität des Films.
Sputterabscheidungsrate verschiedener Targets unter verschiedenen Bedingungen
(Basierend auf der Anwendung des Niedervakuum-Magnetron-Sputter-Beschichters SD-900M)
Aufgrund ihrer hervorragenden Leistung bei der Dünnschichtabscheidung ist die Magnetronsputtern-Technologie im Bereich der modernen Materialwissenschaft und Oberflächentechnik zu einem unverzichtbaren Prozessverfahren geworden. Die Sputtertechnologie wird häufig in den Bereichen Halbleiter, Optik, Speicher und dekorative Beschichtung eingesetzt. Die Sputterrate ist eine Schlüsselvariable, die die Qualität, Dickengleichmäßigkeit und Leistung des Films beeinflusst. Sie wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Targettyp, Vakuumgrad, Arbeitsgasdruck, Stromversorgung, Magnetfeldstärke usw. Ein gründliches Verständnis des Einflusses dieser Faktoren auf die Sputterrate ist von großer Bedeutung für die Optimierung der Prozessparameter und die Verbesserung der Filmqualität.
In diesem Dokument wird die Sputterrate verschiedener Ziele unter verschiedenen Bedingungen erörtert und dabei auch die praktische Anwendung des Niedervakuum-Magnetron-Sputtercoaters Modell SD-900M von VPI (Vision Precision Instruments) erläutert, um Forschern und Ingenieuren als Referenz zu dienen.
1. Der Einfluss des Targettyps auf die Sputterrate
1. Physikalische und chemische Eigenschaften des Ziels
Die Sputterrate des Targets wird hauptsächlich durch seine physikalischen und chemischen Eigenschaften beeinflusst. Zu den Schlüsselfaktoren zählen:
- Atommasse: Elemente mit größerem Atomgewicht haben einen größeren Atomimpuls und werden beim Sputtern eher von Partikeln mit höherer Energie herausgeschlagen.
- Bindungsenergie: Je geringer die Oberflächenbindungsenergie des Materials, desto einfacher können die Atome von der Oberfläche entweichen und desto höher ist die Sputterrate.
- Oberflächenatomdichte: Eine hohe Oberflächenatomdichte bedeutet, dass mehr Atome zum Sputtern zur Verfügung stehen, wodurch die Sputterrate erhöht wird.
Beispiel: Kupfer (Cu) hat ein Atomgewicht von 63,55 u und eine Bindungsenergie von etwa 3,5 eV, während Kohlenstoff (C) ein Atomgewicht von 12,01 u und eine Bindungsenergie von etwa 7,4 eV hat. Daher: Unter den gleichen Bedingungen ist die Sputterrate von Kupfer viel höher als die von Kohlenstoff.
2 Reinheit und Mikrostruktur des Zielmaterials
- Reinheit: Ein hochreines Target kann eine stabilere Sputterumgebung schaffen. Das Vorhandensein von Verunreinigungen kann beim Sputtern zur Bildung eines ungleichmäßigen Plasmas führen, was die Sputterrate und die Filmqualität beeinträchtigt.
- Kristallstruktur: Die Kristallstruktur eines Einkristalls, eines polykristallinen oder amorphen Ziels kann die Richtwirkung und Energieverteilung der gesputterten Atome beeinflussen, was wiederum die Sputterrate beeinflusst.
3. Legierungen und Verbundtargets
Bei Legierungen oder Verbundtargets wird die Sputterrate auch durch die Sputterausbeute jedes einzelnen Komponentenelements beeinflusst. Die unterschiedliche Sputterausbeute verschiedener Elemente kann zur Entmischung von Komponenten führen, was in den Prozessparametern angepasst werden muss.
Zweitens der Einfluss der Sputterbedingungen auf die Sputterrate
1. Vakuum und Arbeitsgasdruck
- Vakuumgrad: Die Hochvakuumumgebung trägt dazu bei, den Einfluss von Verunreinigungsgasen zu verringern und die Reinheit des Sputterprozesses sicherzustellen.
- Arbeitsgasdruck: Normalerweise wird Inertgas wie Argon verwendet. Der Gasdruck beeinflusst die Dichte und Energieverteilung des Plasmas. Der richtige Druck trägt zur Bildung eines stabilen Plasmas bei und erhöht die Sputterrate.
2 Versorgungsleistung und Spannung
- Leistung: Durch Erhöhen der Stromversorgung können Dichte und Energie des Plasmas erhöht und der Sputtereffekt verstärkt werden.
- Spannung: Hohe Spannung hilft, Elektronen und Ionen zu beschleunigen, die Energie des Beschusses des Ziels zu verbessern und so die Sputterrate zu steigern.
3. Magnetische Feldstärke und Konfiguration
- Magnetische Feldstärke: Magnetfelder werden verwendet, um Elektronen zu binden und die Plasmadichte zu verbessern. Eine geeignete magnetische Feldstärke kann die Sputtereffizienz verbessern.
- Magnetfeldkonfiguration: Unterschiedliche Magnetfeldkonfigurationen (z. B. flach, zylindrisch) wirken sich auf die Magnetfeldverteilung aus, was sich auf die Sputterfläche und -rate auswirkt.
4. Zielbasisabstand und Untergrundtemperatur
- Abstand zwischen Target und Substrat: Der Abstand zwischen Target und Substrat beeinflusst die Wahrscheinlichkeit und Energie der gesputterten Atome, die das Substrat erreichen.
- Substrattemperatur: Die Substrattemperatur beeinflusst das Wachstumsmuster und die Kristallisationsqualität des Films und hat indirekt Auswirkungen auf die effektive Ausnutzung der Sputterrate.