1. Vorming van metaalverbindingen op het doeloppervlak
Waar wordt de verbinding gevormd tijdens het reactieve sputterproces, waarbij een verbinding wordt gevormd vanaf een metalen doeloppervlak? Omdat de chemische reactie tussen de reactieve gasdeeltjes en de atomen van het doeloppervlak atomen van de verbinding produceert, wat doorgaans exotherm is, moet de reactiewarmte ergens naartoe kunnen worden afgevoerd, anders kan de chemische reactie niet doorgaan. Onder vacuümomstandigheden is warmteoverdracht tussen gassen niet mogelijk, dus moet de chemische reactie plaatsvinden op een vast oppervlak. Reactief sputteren genereert verbindingen op doeloppervlakken, substraatoppervlakken en andere structurele oppervlakken. Het genereren van verbindingen op het substraatoppervlak is het doel; het genereren van verbindingen op andere structurele oppervlakken is een verspilling van middelen, en het genereren van verbindingen op het doeloppervlak begint als een bron van atomen van de verbinding en vormt een barrière voor de continue aanvoer van meer atomen van de verbinding.
2. De impactfactoren van doelwitvergiftiging
De belangrijkste factor die de vergiftiging van het doelwit beïnvloedt, is de verhouding tussen reactiegas en sputtergas. Te veel reactiegas leidt tot vergiftiging van het doelwit. Het reactieve sputterproces vindt plaats op het oppervlak van het doelwit. Het sputterkanaal wordt bedekt door de reactieverbinding, of de reactieverbinding wordt verwijderd en het metaaloppervlak komt weer bloot te liggen. Als de snelheid waarmee de verbinding wordt gevormd groter is dan de snelheid waarmee deze wordt verwijderd, neemt het bedekte oppervlak toe. Bij een bepaald vermogen neemt de hoeveelheid reactiegas die betrokken is bij de vorming van de verbinding toe, evenals de snelheid waarmee de verbinding wordt gevormd. Als de hoeveelheid reactiegas te sterk toeneemt, neemt het bedekte oppervlak verder toe. Als de stroomsnelheid van het reactiegas niet tijdig kan worden aangepast, wordt de toename van het bedekte oppervlak niet afgeremd en zal het sputterkanaal verder bedekt raken met de verbinding. Wanneer het sputterdoelwit volledig bedekt is met de verbinding, is het doelwit volledig vergiftigd.
3. Doelwitvergiftigingsfenomeen
(1) Accumulatie van positieve ionen: wanneer het doelwit vergiftigd raakt, vormt zich een isolerende filmlaag op het doelwitoppervlak. Door de blokkering van deze isolerende laag bereiken de positieve ionen het kathode-doelwitoppervlak. Ze dringen niet rechtstreeks door tot het kathode-doelwitoppervlak, maar hopen zich op het doelwitoppervlak op. Hierdoor ontstaat gemakkelijk een koud veld dat een boogontlading kan veroorzaken, waardoor het kathode-sputteren niet kan doorgaan.
(2) Verdwijning van de anode: wanneer het doelwit vergiftigd wordt, wordt er ook een isolerende film afgezet op de geaarde vacuümkamerwand, waardoor elektronen de anode niet kunnen bereiken en het fenomeen van de verdwijnende anode ontstaat.
4. Fysieke verklaring van de vergiftiging van het doelwit
(1) Over het algemeen is de secundaire elektronenemissiecoëfficiënt van metaalverbindingen hoger dan die van metalen. Na vergiftiging van het doelwit bestaat het oppervlak van het doelwit volledig uit metaalverbindingen. Na bombardement met ionen neemt het aantal vrijgekomen secundaire elektronen toe, waardoor de geleidbaarheid van de ruimte verbetert en de plasma-impedantie afneemt, wat leidt tot een lagere sputterspanning. Dit verlaagt de sputtersnelheid. De sputterspanning bij magnetronsputteren ligt doorgaans tussen de 400V en 600V, en wanneer er vergiftiging van het doelwit optreedt, wordt de sputterspanning aanzienlijk verlaagd.
(2) De oorspronkelijke sputteringssnelheid van metalen targets en samengestelde targets is verschillend. Over het algemeen is de sputteringscoëfficiënt van metaal hoger dan die van samengestelde targets, waardoor de sputteringssnelheid laag is na vergiftiging van het target.
(3) De sputterefficiëntie van reactief sputtergas is oorspronkelijk lager dan de sputterefficiëntie van inert gas, waardoor de algehele sputtersnelheid afneemt naarmate het aandeel reactief gas toeneemt.
5. Oplossingen voor doelwitvergiftiging
(1) Gebruik een middenfrequentievoeding of een radiofrequentievoeding.
(2) Pas de gesloten-lusregeling van de reactiegastoevoer toe.
(3) Tweevoudige doelen aannemen
(4) Beheers de verandering van de coatingmodus: Vóór het coaten wordt de hysterese-effectcurve van de doelvergiftiging verzameld, zodat de inlaatluchtstroom aan het begin van de doelvergiftiging wordt geregeld om ervoor te zorgen dat het proces altijd in de modus blijft voordat de afzettingssnelheid sterk daalt.
–Dit artikel is gepubliceerd door Guangdong Zhenhua Technology, een fabrikant van vacuümcoatingapparatuur.
Geplaatst op: 7 november 2022