Magnetron-Sputtern umfasst im Wesentlichen den Transport des Entladungsplasmas, das Ätzen des Targets, die Dünnschichtabscheidung und weitere Prozesse. Das Magnetfeld beeinflusst den Magnetron-Sputterprozess. In einem Magnetron-Sputtersystem mit orthogonalem Magnetfeld unterliegen die Elektronen der Lorentzkraft und beschreiben spiralförmige Bahnen. Sie müssen ständig kollidieren, um sich allmählich zur Anode zu bewegen. Da ein Teil der Elektronen, die die Anode erreichen, nur über geringe Energie verfügt, ist auch die auf das Substrat einwirkende Wärme gering. Aufgrund der durch das Target-Magnetfeld bedingten Einschränkungen ist die Elektronenkonzentration im Bereich der Entladungsbahn auf der Targetoberfläche lokal sehr hoch. Außerhalb der Substratoberfläche, insbesondere in oberflächennahen Bereichen fernab des Magnetfelds, ist die Elektronenkonzentration aufgrund der Dispersion deutlich geringer und relativ gleichmäßig verteilt. Sie ist sogar niedriger als beim Dipol-Sputtern (aufgrund des um eine Größenordnung unterschiedlichen Drucks der beiden Arbeitsgase). Die geringe Dichte der auf die Substratoberfläche auftreffenden Elektronen führt zu einem geringeren Temperaturanstieg, dem Hauptmechanismus des Magnetron-Sputterns. Zudem erreichen die Elektronen bei alleiniger Anwendung eines elektrischen Feldes die Anode nach einer sehr kurzen Strecke, und die Kollisionswahrscheinlichkeit mit dem Arbeitsgas beträgt lediglich 63,8 %. Durch die Hinzunahme eines Magnetfelds vollführen die Elektronen auf ihrem Weg zur Anode eine spiralförmige Bewegung. Das Magnetfeld bindet und verlängert die Flugbahn der Elektronen, wodurch die Kollisionswahrscheinlichkeit mit dem Arbeitsgas deutlich erhöht wird. Dies fördert die Ionisation, bei der erneut Elektronen kollidieren. Die Kollisionswahrscheinlichkeit kann dadurch um mehrere Größenordnungen gesteigert werden, die Energie der Elektronen effektiv genutzt und somit die Plasmadichte in der anomalen Glimmentladung erhöht werden. Die Rate des Atomabtrags vom Target wird ebenfalls erhöht, und der Target-Sputterprozess durch Beschuss mit positiven Ionen wird effektiver, was die hohe Abscheidungsrate beim Magnetron-Sputtern erklärt. Darüber hinaus ermöglicht das Magnetfeld den Betrieb des Sputtersystems bei niedrigerem Luftdruck. Der niedrige Luftdruck reduziert die Kollisionen der Ionen in der Randschicht, sodass diese mit relativ hoher kinetischer Energie auf das Target treffen. Dadurch werden Kollisionen zwischen den gesputterten Targetatomen und dem neutralen Gas verringert, ein Abprallen der Targetatome an die Gerätewände oder ein Zurückprallen auf die Targetoberfläche verhindert und somit die Abscheidungsrate und -qualität der Dünnschicht verbessert.
Das Magnetfeld des Targets kann die Flugbahn der Elektronen wirksam einschränken, was wiederum die Plasmaeigenschaften und das Ätzen der Ionen auf dem Target beeinflusst.
Spurenanalyse: Eine Erhöhung der Gleichmäßigkeit des Magnetfelds am Target verbessert die Gleichmäßigkeit der Oberflächenätzung und damit die Ausnutzung des Targetmaterials. Eine optimierte elektromagnetische Feldverteilung trägt zudem effektiv zur Stabilität des Sputterprozesses bei. Daher sind Größe und Verteilung des Magnetfelds für Magnetron-Sputtertargets von entscheidender Bedeutung.
–Dieser Artikel wurde veröffentlicht vonHersteller von VakuumbeschichtungsmaschinenGuangdong Zhenhua
Veröffentlichungsdatum: 14. Dezember 2023