磁控溅射

FHR溅射工艺细览

  • 强永磁体保障了高沉积速率
  • < 1 x 10-2 mbar的溅射工艺实现了更致密的膜层
  • FHR最常应用工艺

溅射工艺下的薄膜沉积

永磁体增加了粒子密度

所有溅射工艺的共同之处在于,通常使用氩气进行强烈的离子轰击,不断地将材料从靶材表面剥离并最终沉积到基材表面。

真空环境中尤其在室温条件下受热激发的离子数量很少。因此,需要提高离子密度以满足数10 nm/min的高沉积速率要求。

在磁控溅射工艺中(左图),永磁体被安装在溅射靶材的背面,用于增加正面的离子密度:磁场强迫自由电子沿环绕其磁力线周围的螺旋轨道运动。这既增加了电子到达阳极的路径长度,也延长了它们能够离化氩原子的时间。当磁场与电场正交时,路径和离化时间的延长将更为显著。因为质量极小以及只沿着靶材方向加速,生成的能够轰击和剥离材料的氩离子几乎不受磁场的影响。

文中所述,由磁场引起的离子密度增强效应可以从用过的靶材中(中图)以“环形跑道”形式清晰辨别。

磁控溅射的另一优点是工艺压强低(5 x 10-3 mbar),这意味着平均自由程可增加至约20 mm。结果,靶材原子粒子流的散射效应基本可以忽略并维持了到基片表面的高输出能量,因此可以形成非常致密的膜层(右图)。

磁控管截面图 - 永磁体磁场周围产生了更多的离子,该区域更多的材料被移除,形成了一条跑道

由等离子体形成的离子轰击效应(下图)在平面靶材(上图)上形成了侵蚀剖面(也称跑道)

压强越低,靶材原子的散射效应或减速效应越小

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