带你了解磁控溅射的工艺

2019-10-22

  磁控溅射是一种物理气相沉积(pvd)。一般溅射法可用于制备金属、半导体、绝缘体等多种材料,具有设备简单、控制方便、镀膜面积大、附着力强等优点。20世纪70年代发展起来的方法实现了高速、低温、低损伤。由于低压高速溅射,需要提高气体的电离率。它通过在靶阴极表面引入磁场来提高等离子体密度和溅射效率。
  一、定义
  在运行过程中加入与靶面平行的闭合磁场。利用靶表面形成的正交电磁场,将二次电子束缚在靶表面的比表面积上,以提高电离效率,增加离子密度和能量,实现高速溅射过程。

  二、磁控溅射的工作原理
  工作原理是在电场e的作用下,电子在飞到衬底上的过程中与氩原子碰撞,产生ar正离子和新电子;新电子飞到衬底上,ar离子在电场的作用下加速飞到阴极靶上。用高能轰击靶材表面,导致靶材溅射。在溅射粒子中,中性靶原子或分子被沉积在衬底上形成薄膜,产生的二次电子受电场和磁场的影响,产生e(电场)×b(磁场)的方向漂移,简称e×b漂移,其运动轨迹类似于摆线。如果磁场是圆形的,则电子以近似摆线的形式在目标表面上移动。它们的运动路径不仅很长,而且在靶面附近的等离子体区也有约束。在这个区域,大量的ar被电离来轰击目标,从而获得高的沉积速率。随着碰撞次数的增加,二次电子的能量被耗尽并逐渐远离目标表面,在电场e的作用下沉积在基板上,因为电子的能量很低,转移到基板上的能量很小,衬底温升低。磁控溅射是入射粒子与靶之间的碰撞过程。入射粒子在目标中经历复杂的散射过程,与目标原子发生碰撞,并将部分动量传递给目标原子,目标原子与其他目标原子发生碰撞,形成级联过程。在这种级联过程中,一些靠近表面的目标原子获得较多的动量向外移动,使得目标原子被溅射出去。
  三、磁控溅射的形式
  它的形式有很多种,有不同的工作原理和应用对象。但有一个共同点:利用磁场和电场的相互作用,电子在目标表面附近以螺旋状移动,从而增加了电子撞击氩产生离子的概率。产生的离子在电场作用下撞击靶材表面,从靶材中飞溅出来。