1. Bildung von Metallverbindungen auf der Zieloberfläche
Wo genau entsteht die Verbindung bei der reaktiven Sputterabscheidung von einer Metalloberfläche? Da die chemische Reaktion zwischen den reaktiven Gasteilchen und den Atomen der Targetoberfläche Verbindungsatome erzeugt und üblicherweise exotherm ist, muss die Reaktionswärme abgeführt werden, um die Reaktion fortsetzen zu können. Unter Vakuumbedingungen ist ein Wärmeaustausch zwischen Gasen nicht möglich, daher muss die Reaktion auf einer festen Oberfläche stattfinden. Beim reaktiven Sputtern entstehen Verbindungen auf Target-, Substrat- und anderen Strukturoberflächen. Die Erzeugung von Verbindungen auf der Substratoberfläche ist das Ziel; die Erzeugung auf anderen Strukturoberflächen ist Ressourcenverschwendung; die Erzeugung von Verbindungen auf der Targetoberfläche dient zunächst als Quelle für Verbindungsatome und wird dann zu einem Hindernis für die kontinuierliche Zufuhr weiterer Verbindungsatome.
2. Die Einflussfaktoren der Zielvergiftung
Der Hauptfaktor für die Targetvergiftung ist das Verhältnis von Reaktionsgas zu Sputtergas. Ein Überschuss an Reaktionsgas führt zur Targetvergiftung. Beim reaktiven Sputtern wird der Sputterkanal auf der Targetoberfläche entweder mit der Reaktionsverbindung bedeckt oder diese wird abgetragen und legt die Metalloberfläche wieder frei. Ist die Bildungsrate der Verbindung höher als ihre Abtragsrate, vergrößert sich die bedeckte Fläche. Bei einer bestimmten Leistung steigt die Menge des an der Verbindungsbildung beteiligten Reaktionsgases und damit auch die Bildungsrate. Nimmt die Menge an Reaktionsgas zu stark zu, vergrößert sich die bedeckte Fläche weiter. Kann der Reaktionsgasfluss nicht rechtzeitig angepasst werden, lässt sich die Zunahme der bedeckten Fläche nicht unterdrücken, und der Sputterkanal wird weiter mit der Verbindung bedeckt. Ist das Sputtertarget vollständig mit der Verbindung bedeckt, ist es vollständig vergiftet.
3. Vergiftungsphänomen des Ziels
(1) Ansammlung positiver Ionen: Bei Targetvergiftung bildet sich eine isolierende Schicht auf der Targetoberfläche. Durch die Blockierung dieser Schicht gelangen positive Ionen nicht direkt zur Kathodenoberfläche, sondern sammeln sich dort an. Dies kann leicht zu einer Lichtbogenentladung durch ein kaltes Feld führen, wodurch der Kathodenzerstäubungsprozess unterbrochen wird.
(2) Anodenverschwinden: Wenn das Target vergiftet wird, lagert sich auch an der geerdeten Vakuumkammerwand ein Isolierfilm ab, sodass Elektronen, die die Anode erreichen, nicht in die Anode gelangen können, wodurch das Phänomen des Anodenverschwindens entsteht.
4. Physikalische Erklärung der Zielvergiftung
(1) Im Allgemeinen ist der Sekundärelektronenemissionskoeffizient von Metallverbindungen höher als der von Metallen. Nach einer Targetvergiftung besteht die Targetoberfläche vollständig aus Metallverbindungen. Durch den Ionenbeschuss erhöht sich die Anzahl der freigesetzten Sekundärelektronen, was die Leitfähigkeit des Plasmas verbessert und die Plasmaimpedanz verringert. Dies führt zu einer niedrigeren Sputterspannung und damit zu einer geringeren Sputterrate. Die Sputterspannung beim Magnetron-Sputtern liegt üblicherweise zwischen 400 V und 600 V und sinkt bei einer Targetvergiftung deutlich.
(2) Metalltargets und Verbundtargets unterscheiden sich ursprünglich in ihrer Sputterrate. Im Allgemeinen ist der Sputterkoeffizient von Metall höher als der von Verbundmaterial, sodass die Sputterrate nach einer Targetvergiftung niedrig ist.
(3) Die Sputtereffizienz des reaktiven Sputtergases ist von vornherein geringer als die Sputtereffizienz des inerten Gases, sodass die Gesamtsputterrate nach Erhöhung des Anteils an reaktivem Gas abnimmt.
5. Lösungen zur Zielvergiftung
(1) Verwenden Sie eine Mittelfrequenz-Stromversorgung oder eine Hochfrequenz-Stromversorgung.
(2) Anwendung einer Regelung des Reaktionsgaseinstroms im geschlossenen Regelkreis.
(3) Zwei Ziele verfolgen
(4) Kontrolle des Wechsels des Beschichtungsmodus: Vor der Beschichtung wird die Hysteresekurve der Zielvergiftung erfasst, um den Einlassluftstrom so zu steuern, dass die Zielvergiftung frühzeitig auftritt und sichergestellt wird, dass sich der Prozess immer in dem Modus befindet, bevor die Abscheidungsrate steil abfällt.
–Dieser Artikel wird von Guangdong Zhenhua Technology, einem Hersteller von Vakuumbeschichtungsanlagen, veröffentlicht.
Veröffentlichungsdatum: 07.11.2022