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PVD磁控溅射发展趋势初窥

时间:2023-04-02 11:32:32   点击:642

磁控溅射是负极靶材在辉光等离子体中的载能离子作用下,原子从靶材溅射出来,在衬底上凝聚形成薄膜。非平衡磁控溅射技术与常规磁控溅射相比,在设计上的差别很小,但沉积特性却有巨大差异。

1是非平衡磁控溅射与常规磁控溅射技术的等离子体区域特征示意图。在常规磁控溅射中,等离子体被完全约束在靶材区域,典型数值大约为靶材表面6cm范围内。扩散性非平衡磁场中,外围磁场强度高于中心磁场强度,部分外围的磁力线延伸到衬底表面,部分二次电子沿着磁力线到达衬底表面,使等离子体延伸到达衬底表面,衬底离子束流密度提高。内聚性非平衡磁场,中心磁场强度比外围高,磁力线被引向器壁,衬底表面的等离子体密度低,因此该方式很少被采用。



非平衡磁控溅射技术的进一步发展是闭合场非平衡磁控溅射(CFUBMS),其使用多个非平衡磁控溅射源克服单靶在复杂表面均匀沉积薄膜所面临的巨大困难。多靶系统中,靶材磁场方式有闭合磁场和镜面磁场2种。在闭合磁场方式中,磁力线在不同靶材之间闭合,被器壁损失的电子少,衬底表面的等离子体密度高,到达衬底表面的离子与原子比是镜面磁场方式或单靶非平衡磁场的23倍以上。镜面方式中,磁力线被引向器壁,二次电子沿着磁力线运动被器壁消耗,导致衬底表面的等离子体密度降低。




在非平衡磁控溅射技术基础上,出现了可变磁场强度磁控溅射技术,其特征为通过改变两个磁极与靶材表面的距离,实现靶材表面磁场强度的改变。这提供了一个新的工艺参数,实现沉积离子、原子比的精细调节,在沉积梯度薄膜及多层薄膜时,该技术可以实现各种薄膜性能的最佳组合。该技术还可以控制靶材溅射腐蚀特征,实现靶材的均匀溅射。

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