高功率脈沖磁控濺射的原理

        高功率脈沖磁控濺射

        高功率脈沖磁控濺射是物理學(xué)液相堆積（Physical Vapor Deposition，PVD）的一種。一般的濺射法可被用以制取金屬材料、半導(dǎo)體材料、絕緣物等多原材料，且具備機(jī)器設(shè)備簡(jiǎn)易、易于控制、表層的鍍膜總面積金剛級(jí)粘合力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，而上世紀(jì) 70 時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)下去的磁控濺射法也是完成了快速、超低溫、低損害。由于是在氣壓低下開(kāi)展快速濺射，務(wù)必合理地提升汽體的離化率。磁控濺射根據(jù)在靶負(fù)極表面引進(jìn)電磁場(chǎng)，運(yùn)用電磁場(chǎng)對(duì)自由電子的管束來(lái)提升等離子相對(duì)密度以提升濺射率。

       高功率脈沖磁控濺射界定

       在二極濺射中提升一個(gè)平行面于靶表面的封閉式電磁場(chǎng)，憑借靶表面上建立的正交和磁場(chǎng)，把二次電子拘束在靶表面特殊地區(qū)來(lái)提高水解高效率，提升正離子相對(duì)密度和動(dòng)能，進(jìn)而完成高速傳輸濺射的全過(guò)程。

        高功率脈沖磁控濺射基本原理

       磁控濺射的原理就是指電子器件在靜電場(chǎng)E的效果下，在奔向硅片全過(guò)程中與氬分子產(chǎn)生撞擊，使其水解造成出Ar共價(jià)鍵和新的電子器件；新電子器件奔向硅片，Ar正離子在靜電場(chǎng)的作用下迅速奔向負(fù)極靶，并以高效率能量負(fù)電子靶表面，使濺射靶材產(chǎn)生濺射。在濺射顆粒中，中性化的靶分子或分子結(jié)構(gòu)堆積在硅片上產(chǎn)生塑料薄膜，而發(fā)生的二次電子會(huì)遭受靜電場(chǎng)和電磁場(chǎng)功效，造成E（靜電場(chǎng)）×B（電磁場(chǎng)）所說(shuō)的方位飄移，通稱E×B飄移，其軌跡近似于一條旋輪線。若為環(huán)狀電磁場(chǎng)，則電子器件就以類似旋輪線方式在靶表面做圓周運(yùn)動(dòng)，他們的運(yùn)作途徑不但較長(zhǎng)，并且被拘束在挨近靶表面的等離子地區(qū)內(nèi)，而且在該地區(qū)中水解出很多的Ar 來(lái)負(fù)電子濺射靶材，進(jìn)而保持了高的堆積速度。伴隨著撞擊頻次的提升，二次電子的動(dòng)能消失殆盡，慢慢避開(kāi)靶表面，并在靜電場(chǎng)E的效果下最后堆積在硅片上。因?yàn)樵撾娮悠骷膭?dòng)能很低，傳送給硅片的動(dòng)能不大，導(dǎo)致硅片升溫較低。磁控濺射是出射顆粒和靶的撞擊全過(guò)程。出射顆粒在靶中歷經(jīng)繁雜的透射全過(guò)程，和靶分子撞擊，把一部分拋體運(yùn)動(dòng)發(fā)送給靶分子，此靶分子又和別的靶分子撞擊，產(chǎn)生聯(lián)級(jí)全過(guò)程。在這類聯(lián)級(jí)全過(guò)程中一些表面周邊的靶分子得到向外健身運(yùn)動(dòng)的充足拋體運(yùn)動(dòng)，離去靶被濺射出去。

       高功率脈沖磁控濺射類型

       高功率脈沖磁控濺射包含許多類型。各不相同原理和運(yùn)用目標(biāo)。但有一相同點(diǎn)：運(yùn)用電磁場(chǎng)與靜電場(chǎng)配對(duì)t檢驗(yàn)，使電子器件在靶表面周邊成螺旋形運(yùn)作，進(jìn)而擴(kuò)大電子器件碰撞氬氣造成正離子的幾率。所造成的正離子在靜電場(chǎng)功效下撞向相對(duì)孔徑進(jìn)而濺射出濺射靶材。

       靶源分均衡和非均衡式，均衡式靶源表層的鍍膜勻稱，非均衡式靶源表層的鍍膜膜層和基材結(jié)合性強(qiáng)。均衡靶源多用以半導(dǎo)體材料電子光學(xué)膜，非均衡多用以損壞裝飾膜。磁控負(fù)極依照電磁場(chǎng)位形遍布不一樣，大概可分成平衡態(tài)和非均衡磁控負(fù)極。平衡態(tài)磁控負(fù)極內(nèi)外定子的磁通量大概相同，兩方面磁感線合閉于相對(duì)孔徑，非常好地將電子器件/等離子管束在相對(duì)孔徑周邊，提升摩擦概率，提升了離化高效率，因此在較低的工作中標(biāo)準(zhǔn)氣壓和工作電壓下就能起輝并保持電弧放電，濺射靶材使用率相對(duì)性較高，但因?yàn)殡娮悠骷卮鸥芯€健身運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵合閉于相對(duì)孔徑，硅片地區(qū)所受離子轟擊較小.非均衡磁控濺射技術(shù)性定義，即讓磁控負(fù)極外磁場(chǎng)磁通量超過(guò)內(nèi)磁場(chǎng)，兩方面磁感線在相對(duì)孔徑不徹底合閉，一部分磁感線可沿靶的邊沿拓寬到硅片地區(qū)，進(jìn)而一部分電子器件可以順著磁感線拓展到硅片，提升硅片地區(qū)的等離子相對(duì)密度和汽體水解率.無(wú)論均衡非均衡，若磁石靜止不動(dòng)，其電磁場(chǎng)特點(diǎn)決策一般濺射靶材使用率低于30%。為擴(kuò)大濺射靶材使用率，可選用電磁振蕩。但電磁振蕩必須轉(zhuǎn)動(dòng)組織，與此同時(shí)濺射速度要減少。電磁振蕩多用以大中型或珍貴靶。如半導(dǎo)體材料膜濺射。針對(duì)中小型機(jī)器設(shè)備和一般工業(yè)設(shè)備，常用電磁場(chǎng)靜止不動(dòng)靶源。用磁控靶源濺射金屬材料和鋁合金非常容易，打火和濺射很便捷。這是由于靶（負(fù)極），等離子，和被濺零件/真空泵內(nèi)腔可產(chǎn)生控制回路。但若濺射絕緣物如瓷器則控制回路斷掉。因此大家選用高壓電源，控制回路中添加較強(qiáng)的電容器。那樣在絕緣層控制回路中濺射靶材變成一個(gè)電容器。但高頻率磁控濺射開(kāi)關(guān)電源價(jià)格昂貴，濺射速度不大，與此同時(shí)接地裝置技術(shù)性很繁雜，因此難規(guī)模性選用。為處理此難題，創(chuàng)造發(fā)明了磁控反映濺射。便是用金屬材料靶，添加氬氣和反映汽體如N2或O2。當(dāng)金屬材料濺射靶材撞向零件時(shí)因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化，與反映汽體結(jié)合轉(zhuǎn)化成氮化合物或金屬氧化物。磁控反映濺射絕緣物看起來(lái)非常容易，而操作過(guò)程艱難。關(guān)鍵情況是反映不僅出現(xiàn)在零件表面，也產(chǎn)生在陽(yáng)極氧化，真空泵內(nèi)腔表面，及其靶源表面。進(jìn)而造成救火，靶源和工件表面起弧等。德國(guó)萊寶發(fā)明的孿生靶源技術(shù)，很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。其原理是一對(duì)靶源互相為陰陽(yáng)極，從而消除陽(yáng)極表面氧化或氮化。冷卻是一切源（磁控，多弧，離子）所必需，因?yàn)槟芰亢艽笠徊糠洲D(zhuǎn)為熱量，若無(wú)冷卻或冷卻不足，這種熱量將使靶源溫度達(dá)一千度以上從而溶化整個(gè)靶源。