Was ist Zielvergiftung beim Magnetron-Sputtern? Was sind die allgemeinen Einflussfaktoren?

Was ist Zielvergiftung beim Magnetron-Sputtern? Was sind die allgemeinen Einflussfaktoren?

Erstens: die Bildung von Zieloberflächenmetallverbindungen.

Wo wird die Verbindung durch reaktives Sputtern aus dem Metalltarget gebildet? Wenn reaktive Gaspartikel mit Zielatomen kollidieren, um chemische Reaktionen zu erzeugen, um Verbindungsatome zu bilden, die üblicherweise exotherme Reaktionen sind, muss die Reaktionsbildungswärme einen Weg zum Ausleiten haben, ansonsten kann die chemische Reaktion nicht fortgesetzt werden. Die Wärmeleitung zwischen Gasen ist unter Vakuumbedingungen unmöglich, so dass chemische Reaktionen auf einer festen Oberfläche stattfinden müssen. Reaktive Sputterprodukte werden auf der Targetoberfläche, der Substratoberfläche und anderen strukturellen Oberflächen durchgeführt. Die Erzeugung von Verbindungen auf der Substratoberfläche ist unser Ziel. Die Erzeugung von Verbindungen auf anderen strukturellen Oberflächen ist eine Verschwendung von Ressourcen. Die Erzeugung von Verbindungen auf der Zieloberfläche ist anfänglich eine Quelle von Verbindungsatomen, wird jedoch später ein Hindernis für die kontinuierliche Zufuhr von mehr Verbindungsatomen.

Zweitens, die Einflussfaktoren der Zielvergiftung

Die Targetvergiftung wird hauptsächlich durch den Anteil von reaktivem Gas und Sputtergas beeinflusst. Bei dem Prozess des reaktiven Sputterns wird der Bereich des Sputterkanals auf der Targetoberfläche durch reaktive Produkte bedeckt, oder die reaktiven Produkte werden abgestreift und die Metalloberfläche wird erneut exponiert. Wenn die Bildungsrate der Verbindung größer ist als die Geschwindigkeit, mit der die Verbindung gestrippt wird, nimmt die Verbindungsabdeckungfläche zu. Im Falle einer bestimmten Leistung erhöht sich die Menge an reaktiven Gasen, die an der Bildung der Verbindung beteiligt sind, und die Geschwindigkeit der Bildung der Verbindung nimmt zu. Wenn die Menge an reaktivem Gas übermäßig ansteigt und die Verbindungsabdeckungsfläche zunimmt, wird, wenn der reaktive Gasstrom nicht rechtzeitig eingestellt werden kann, die Geschwindigkeit der Zunahme der Verbindungsabdeckungsfläche nicht verhindert, und der Sputterkanal wird weiter von der Verbindung bedeckt . Wenn das Sputtertarget vollständig von der Verbindung bedeckt ist, wird das Target vollständig vergiftet.

Drittens: Zielvergiftungsphänomen

(1) Akkumulation positiver Ionen: Wenn das Target vergiftet ist, wird ein isolierender Film auf der Targetoberfläche gebildet. Wenn die positiven Ionen die Kathodenzielfläche erreichen, können sie aufgrund der Barriere der Isolationsschicht nicht direkt in die Kathodenzielfläche eintreten. Stattdessen werden sie auf der Targetoberfläche abgelagert, was wahrscheinlich eine Lichtbogenentladung hervorruft, die im kalten Feld auftrifft, so dass das Kathodenzerstäubungsverfahren nicht fortschreiten kann. (2) anodisches Verschwinden: Wenn das Target vergiftet ist, wird ein isolierender Film auf der Vakuumkammerwand des Bodens abgeschieden, und Elektronen, die die Anode erreichen, können nicht in die Anode eintreten, wodurch ein anodisches Verschwindensphänomen entsteht.

Viertens: Physikalische Erklärung der Zielvergiftung

(1) Im Allgemeinen ist der Sekundärelektronenemissionskoeffizient von Metallverbindungen höher als der von Metall. Nach der Zielvergiftung besteht die Oberfläche des Zielmaterials aus allen Metallverbindungen. Nachdem sie mit Ionen beschossen worden sind, nimmt die Anzahl der freigesetzten Sekundärelektronen zu, was die Permeabilität des Raums verbessert, den Widerstand des Plasmas verringert und zu einer Verringerung der Sputterspannung führt. Die Sputterrate ist reduziert. Im Allgemeinen liegt die Sputterspannung beim Magnetron-Sputtern zwischen 400 V und 600 V. Wenn eine Targetvergiftung auftritt, wird die Sputterspannung signifikant reduziert. (2) Die Sputterrate des Metalltargets unterscheidet sich von der des Verbundtargets. Im Allgemeinen ist der Sputterkoeffizient von Metall höher als der der Verbindung, so dass die Sputterrate nach der Targetvergiftung geringer ist. (3) die Zerstäubungseffizienz des reaktiven Zerstäubungsgases ist geringer als die des Inertgases, so dass die integrierte Zerstäubungsrate abnimmt, nachdem der Anteil des reaktiven Gases ansteigt.

Fünftens: die Lösung der Zielvergiftung

(1) Mittelfrequenzleistung oder HF-Leistung.

(2) eine Regelung wird verwendet, um die Einlassmenge von reaktivem Gas zu steuern.

(3) Doppelziele übernehmen

(4) Steuerung der Änderung des Beschichtungsmodus: Die Hysterese-Effektkurve der Zielvergiftung wird vor dem Beschichten gesammelt, so dass der Einlassfluss vor der Zielvergiftung gesteuert wird und der Prozess immer in dem Modus ist, bevor die Abscheidungsrate stark abfällt .

Es ist relativ einfach, Metallatome auf der Oberfläche des Targets zu sputtern. Im Allgemeinen erfordert Hochfrequenz-Sputtern.

Ionenbeschuss macht Metallatome auf der Oberfläche des Ziels sehr lebhaft. Zu diesem Zeitpunkt durchläuft die Targetoberfläche sowohl Sputtern als auch Reaktion unter Bildung von Verbindungen. Wenn die Sputterrate größer ist als die Verbindungsgenerierungsrate, befindet sich das Target im Metallsputterzustand. Umgekehrt kann, wenn der Reaktionsgasdruck ansteigt oder die Metallsputterrate abnimmt, das Target plötzlich eine Verbindungsbildungsrate aufweisen, die die Sputterrate übersteigt, und das Sputtern stoppen.

Um eine Target-Vergiftung zu reduzieren, verwenden Techniker häufig die folgenden Verfahren: (1) Senden von reaktivem Gas bzw. Sputtergas an das Substrat und nahe dem Target, um einen Druckgradienten zu bilden; (2) die Abgasrate erhöhen; (3) Gasimpulseinführung; (4) Plasmaüberwachung usw.

Zielvergiftung wird durch die Ansammlung von positiven Ionen auf der Oberfläche des Targets beim Sputtern verursacht, die nicht neutralisiert wird. Infolgedessen nimmt der negative Vorspannungsdruck auf der Oberfläche des Targets allmählich ab. Schließlich wird die Zielvergiftung einfach nicht mehr funktionieren.

Der Hauptgrund für eine Targetvergiftung ist, dass die Synthesegeschwindigkeit des Mediums größer ist als die Sputterausbeute (zu viel Oxidationsreaktionsgas wird injiziert), was zu einem Verlust der Leitfähigkeit des Leiterziels führt. Erst wenn die Durchbruchspannung verbessert ist, kann das Target leuchten, die Spannung ist zu hoch und Lichtbogenentladung tritt leicht auf. Phänomen: Die Zielspannung kann lange Zeit nicht normal sein und läuft immer mit niedriger Spannung, begleitet von einer Lichtbogenentladung. Die Oberfläche des Targets weist weiße Anhaftungen oder stark stiftförmige graue Entladungsspuren auf. Wenn die Zielvergiftung beseitigt werden soll, sollte anstelle der Gleichstromversorgung eine Mittelfrequenz-Stromversorgung oder HF-Stromversorgung verwendet werden. Reduzieren der Einlassmenge von reaktivem Gas, Erhöhen der Sputterleistung, Reinigen von Verunreinigungen auf Zielmaterialien (insbesondere Ölverschmutzung) und Auswählen einer Staub- und Lichtbogenlöschabdeckung mit einer guten Vakuumleistung kann eine Targetvergiftung wirksam verhindern. Der im Kühlwasser im Zielmaterial getränkte Magnet weist Flecken auf. Solange die magnetische Feldstärke ausreicht und die Kühlwirkung gut ist, hat sie wenig Einfluss auf das Targetmaterial.

Besmirch Effekt ist nicht groß ~ Streik Feuer ist zu isolieren Ort zu verursachen, ist es lokale Gift häufig oder Schmutz. Die Zielvergiftung beruht auf der niedrigen Leistungsdichte und kann relativ zu dem überschüssigen reaktiven Gas nicht mit der Zeit verdampft (oder versprüht) werden, was zu einer Restoberfläche des Targets führt, was zu einer verringerten elektrischen Leitfähigkeit führt und somit in den toxischen Zustand übergeht. Licht kann nicht leuchten, schwere Schrottkraft.

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