Es kann in DC-Magnetron-Sputtern und RF-Magnetron-Sputtern unterteilt werden.
Das DC-Sputterverfahren erfordert, dass das Target die durch den Ionenbeschuss erhaltene positive Ladung in engem Kontakt mit der Kathode übertragen kann. Anschließend kann dieses Verfahren nur die Leiterdaten zerstäuben, was für die Isolationsdaten nicht geeignet ist, da die Die Ionenladung auf der Oberfläche kann beim Beschuss des Isolationsziels nicht neutralisiert werden, was zu einem Anstieg des Potenzials auf der Zieloberfläche führt und fast die gesamte angelegte Spannung an das Ziel angelegt wird, sodass die Wahrscheinlichkeit einer Ionenbeschleunigung und Ionisierung zwischen den Zielen steigt zwei Die Pole werden reduziert oder können gar nicht mehr ionisiert werden. Dies führt zum Versagen der kontinuierlichen Entladung, sogar zu Entladungsunterbrechungen und Sputterunterbrechungen. Daher muss Hochfrequenzsputtern (RF) zum Isolieren von Zielen oder nichtmetallischen Zielen mit schlechter Leitfähigkeit verwendet werden.
Der Sputterprozess beinhaltet komplexe Streuprozesse und verschiedene Energieübertragungsprozesse: Zunächst kollidieren die einfallenden Teilchen elastisch mit den Zielatomen und ein Teil der kinetischen Energie der einfallenden Teilchen wird auf die Zielatome übertragen. Die kinetische Energie einiger Zielatome übersteigt die potenzielle Barriere, die von anderen Atomen um sie herum gebildet wird (5-10 ev für Metalle), und dann werden sie aus dem Gitter des Gitters herausgeschlagen, um Atome außerhalb des Standorts zu erzeugen, und es kommt zu wiederholten Kollisionen mit benachbarten Atomen , was zu einer Kollisionskaskade führt. Wenn diese Kollisionskaskade die Oberfläche des Ziels erreicht und die kinetische Energie der Atome in der Nähe der Oberfläche des Ziels größer ist als die Oberflächenbindungsenergie (1-6 ev für Metalle), trennen sich diese Atome von der Oberfläche des Ziels und betrete das Vakuum.
Beim Sputtern wird die Oberfläche des Targets im Vakuum mit geladenen Teilchen beschossen, sodass sich die beschossenen Teilchen auf dem Substrat ansammeln. Typischerweise wird eine Niederdruck-Inertgas-Glimmentladung verwendet, um einfallende Ionen zu erzeugen. Das Kathodentarget besteht aus Beschichtungsmaterialien, das Substrat wird als Anode verwendet, 0,1–10 Pa Argon oder ein anderes Inertgas werden in die Vakuumkammer eingeleitet, und die Glimmentladung erfolgt unter der Wirkung der Kathode (Target) mit 1–3 kV DC negativ hoch Spannung oder 13,56 MHz HF-Spannung. Ionisierte Argonionen bombardieren die Oberfläche des Targets, wodurch die Targetatome verspritzen und sich auf dem Substrat ansammeln, um einen dünnen Film zu bilden. Gegenwärtig gibt es viele Sputterverfahren, darunter hauptsächlich Sekundärsputtern, Tertiär- oder Quartärsputtern, Magnetronsputtern, Targetsputtern, HF-Sputtern, Bias-Sputtern, asymmetrisches Kommunikations-HF-Sputtern, Ionenstrahlsputtern und reaktives Sputtern.
Da die gesputterten Atome nach dem Austausch kinetischer Energie mit positiven Ionen mit einer Energie von mehreren zehn Elektronenvolt herausgeschleudert werden, weisen die gesputterten Atome eine hohe Energie auf, was zur Verbesserung der Dispersionsfähigkeit der Atome beim Stapeln, zur Verbesserung der Feinheit der Stapelanordnung und zur Herstellung beiträgt Der vorbereitete Film weist eine starke Haftung auf dem Untergrund auf.
Während des Sputterns fliegen die Gasionen nach der Ionisierung des Gases unter der Wirkung eines elektrischen Feldes zum Target, das mit der Kathode verbunden ist, und die Elektronen fliegen zum geerdeten Wandhohlraum und zum Substrat. Auf diese Weise ist bei niedriger Spannung und niedrigem Druck die Anzahl der Ionen gering und die Sputterleistung des Targets gering; Bei hoher Spannung und hohem Druck können zwar mehr Ionen auftreten, die zum Substrat fliegenden Elektronen haben jedoch eine hohe Energie, was leicht zu einer Erwärmung des Substrats und sogar zu sekundärem Sputtern führt, was die Filmqualität beeinträchtigt. Darüber hinaus erhöht sich auch die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen Zielatomen und Gasmolekülen beim Flug zum Substrat erheblich. Daher wird es in den gesamten Hohlraum verstreut, wodurch nicht nur das Ziel verschwendet wird, sondern auch jede Schicht bei der Herstellung von Mehrschichtfilmen verschmutzt wird.
Um die oben genannten Mängel zu beheben, wurde in den 1970er Jahren die DC-Magnetron-Sputtertechnologie entwickelt. Es überwindet wirksam die Nachteile einer niedrigen Kathodenzerstäubungsrate und des durch Elektronen verursachten Anstiegs der Substrattemperatur. Daher wurde es schnell entwickelt und weit verbreitet.
Das Prinzip ist wie folgt: Da die bewegten Elektronen beim Magnetronsputtern der Lorentzkraft im Magnetfeld ausgesetzt sind, ist ihre Bewegungsbahn eine gewundene oder sogar spiralförmige Bewegung und ihr Bewegungspfad wird länger. Daher wird die Anzahl der Kollisionen mit Arbeitsgasmolekülen erhöht, so dass die Plasmadichte erhöht wird, und dann wird die Magnetron-Sputterrate erheblich verbessert, und es kann bei niedrigerer Sputterspannung und niedrigerem Druck gearbeitet werden, um die Tendenz der Filmverschmutzung zu verringern; Andererseits verbessert es auch die Energie der auf die Oberfläche des Substrats einfallenden Atome, sodass die Qualität des Films erheblich verbessert werden kann. Wenn gleichzeitig die Elektronen, die durch mehrere Kollisionen Energie verlieren, die Anode erreichen, werden sie zu Elektronen mit niedriger Energie, und das Substrat wird dann nicht überhitzen. Daher hat das Magnetronsputtern die Vorteile „hoher Geschwindigkeit“ und „niedriger Temperatur“. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass der Isolierfilm nicht vorbereitet werden kann und das in der Magnetron-Elektrode verwendete ungleichmäßige Magnetfeld zu einer offensichtlich ungleichmäßigen Ätzung des Targets führt, was zu einer geringen Ausnutzungsrate des Targets führt, die im Allgemeinen nur 20–30 % beträgt %.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. Mai 2022