Technologie de pulvérisation cathodique magnétronIl s'agit d'une technique importante largement utilisée pour la modification de surface des matériaux et le dépôt de couches minces. En tant que composant principal de cette technologie, la qualité et les performances des cibles de pulvérisation magnétron déterminent directement la qualité et les caractéristiques des couches minces préparées. Cet article fournira une introduction complète et approfondie aux cibles de pulvérisation magnétron.
Les exigences pour les cibles de pulvérisation magnétron sont plus élevées que celles de l'industrie des matériaux traditionnels, notamment la taille, la planéité, la pureté, la teneur en impuretés, la densité, le rapport N/O/C/S, la granulométrie et le contrôle des défauts ; Exigences élevées ou spéciales : rugosité de surface, valeur de résistance, uniformité de la granulométrie, uniformité de la composition et de la structure, teneur et taille des substances étrangères (oxydes), perméabilité magnétique, densité ultra-élevée et grains ultrafins, etc.
La cible de pulvérisation magnétron désigne un matériau sur lequel des atomes ou des molécules sont pulvérisés par des particules à haute énergie au cours du processus de pulvérisation magnétron, puis déposés sur un substrat pour former un film mince. Il est généralement composé de substances ayant des compositions chimiques et des structures cristallines spécifiques, telles que des métaux, des alliages, des composés, etc.
Principe de la pulvérisation cathodique magnétron
Sous l'action du champ électrique E, les électrons entrent en collision avec les atomes d'argon lors de leur vol vers le substrat, s'ionisant et produisant des ions positifs Ar et de nouveaux électrons ; Les nouveaux électrons volent vers le substrat et les ions Ar accélèrent vers la cible cathodique sous l'action d'un champ électrique, bombardant la surface de la cible avec une énergie élevée, provoquant la pulvérisation du matériau cible.
Dans les particules pulvérisées, les atomes ou molécules cibles neutres se déposent sur le substrat pour former un film mince, et les électrons secondaires générés sont soumis à des champs électriques et magnétiques, ce qui entraîne une dérive directionnelle de E (champ électrique) × B (champ magnétique), abrégée en dérive E × B, dont la trajectoire de mouvement se rapproche d'une cycloïde. S'il s'agit d'un champ magnétique circulaire, les électrons se déplaceront dans un mouvement circulaire sur la surface cible sous une forme cycloïde approximative. Leur trajectoire de mouvement est non seulement longue, mais également confinée dans la région du plasma près de la surface cible, et une grande quantité d'Ar est ionisée dans cette région pour bombarder le matériau cible, ce qui permet d'obtenir un taux de dépôt élevé.
Au fur et à mesure que le nombre de collisions augmente, l'énergie des électrons secondaires s'épuise, s'éloignant progressivement de la surface cible et se déposant finalement sur le substrat sous l'action du champ électrique E. En raison de la faible énergie de l'électron, l'énergie transférée au substrat est très faible, ce qui entraîne une élévation de température plus faible du substrat.
La pulvérisation magnétron est un processus de collision entre des particules incidentes et une cible. La particule incidente subit un processus de diffusion complexe dans la cible, entre en collision avec l'atome cible et transfère une certaine quantité de mouvement à l'atome cible. Cet atome cible entre ensuite en collision avec d'autres atomes cibles, formant un processus en cascade. Dans ce processus en cascade, certains atomes cibles proches de la surface acquièrent suffisamment de moment pour se déplacer vers l'extérieur et sont pulvérisés hors de la cible.
La pulvérisation cathodique magnétron est généralement divisée en deux types : la pulvérisation cathodique à courant continu et la pulvérisation cathodique à radiofréquence. Parmi eux, l'équipement de pulvérisation cathodique à courant continu a un principe simple et une vitesse rapide lors de la pulvérisation cathodique des métaux. Le domaine d'application de la pulvérisation cathodique à radiofréquence est plus étendu. En plus de la pulvérisation cathodique de matériaux conducteurs, des matériaux non conducteurs peuvent également être pulvérisés. Dans le même temps, la pulvérisation cathodique réactive est également utilisée pour préparer des matériaux composés tels que des oxydes, des nitrures et des carbures. Si la fréquence de la radiofréquence est augmentée, elle devient une pulvérisation cathodique à plasma micro-ondes, communément appelée pulvérisation cathodique à plasma micro-ondes à résonance cyclotron électronique (ECR).
Classification des matériaux cibles de pulvérisation cathodique magnétron
Cible de revêtement par pulvérisation métallique, cible de revêtement par pulvérisation d'alliage, cible de revêtement par pulvérisation céramique, cible de pulvérisation céramique borure, cible de pulvérisation céramique carbure, cible de pulvérisation céramique fluorure, cible de pulvérisation céramique nitrure, cible céramique oxyde, cible de pulvérisation céramique séléniure, cible de pulvérisation céramique siliciure, cible de pulvérisation céramique sulfure, cible de pulvérisation céramique tellurure, autres cibles céramiques, cible céramique oxyde de silicium dopé au chrome (Cr SiO), cible phosphure d'indium (InP), cible arséniure de plomb (PbAs), cible arséniure d'indium (InAs).
Les matériaux cibles métalliques ont une bonne conductivité et une bonne conductivité thermique et peuvent être utilisés pour préparer des films minces métalliques de haute pureté et uniformes, qui sont largement utilisés dans des domaines tels que l'électronique et les semi-conducteurs. Par exemple, dans la fabrication de circuits intégrés, les cibles en cuivre sont utilisées pour préparer des lignes conductrices, améliorant ainsi les performances et l'intégration des circuits.
Les matériaux cibles en alliage combinent les caractéristiques de plusieurs métaux et peuvent ajuster le rapport de composition en fonction des différents besoins pour obtenir des films minces aux propriétés spécifiques. Par exemple, les matériaux cibles en alliage nickel-chrome sont couramment utilisés pour préparer des films minces résistifs, répondant aux exigences précises des composants électroniques en matière de valeurs de résistance.
Les matériaux cibles en céramique ont des applications importantes dans les revêtements optiques, les revêtements de protection et d'autres domaines en raison de leur excellente isolation, de leur résistance à l'usure et de leurs propriétés optiques. Par exemple, les cibles en céramique d'oxyde de titane peuvent être utilisées pour préparer des films minces avec des fonctions antireflet et autonettoyantes.
1. Matériaux cibles métalliques:y compris les matériaux cibles en métal pur (tels que le cuivre, l'aluminium, le nickel, etc.) et les matériaux cibles en alliage (tels que l'acier inoxydable, l'alliage d'aluminium, etc.).
2. Matériaux cibles composés:tels que les matériaux cibles en oxyde (tels que le dioxyde de silicium, l'oxyde d'aluminium, etc.), les matériaux cibles en nitrure (tels que le nitrure de silicium, le nitrure d'aluminium, etc.), les matériaux cibles en carbure (tels que le carbure de silicium, le carbure de tungstène, etc.), etc.
3. Matériaux cibles semi-conducteurs:tels que les matériaux cibles en silicium, les matériaux cibles en germanium, etc.
Classé par structure du matériau cible :
1. Matériau cible plat : il présente une structure plane simple et est couramment utilisé dans les équipements de pulvérisation magnétron conventionnels.
2. Matériau cible rotatif : il peut réaliser une rotation continue, améliorer le taux d'utilisation du matériau cible et l'uniformité du film déposé.
Exigences de performance pour les cibles de pulvérisation magnétron :
1. Pureté : les matériaux cibles de haute pureté peuvent garantir la pureté et les performances des films minces déposés. En général, la pureté du matériau cible doit être supérieure à 99,9 %.
2. Densité : les matériaux cibles à haute densité peuvent réduire la contamination des particules pendant la pulvérisation cathodique et améliorer la qualité et l'uniformité des films minces.
3. Uniformité de la composition chimique : La composition chimique du matériau cible doit être uniformément répartie pour assurer la stabilité du film déposé.
4. Structure cristalline : Une structure cristalline appropriée contribue à améliorer l'efficacité de pulvérisation du matériau cible et les performances du film mince.
5. Précision de la taille et de la forme : La taille et la forme du matériau cible doivent répondre aux exigences de l'équipement pour garantir une bonne installation et un bon effet de pulvérisation.
6. Stabilité thermique : pendant le processus de pulvérisation, le matériau cible est soumis à des températures élevées et à des particules à haute énergie, il doit donc avoir une bonne stabilité thermique.
7. Résistance à la corrosion : le matériau cible doit avoir un certain degré de résistance à la corrosion pour prolonger sa durée de vie.
Le taux de dépôt ou taux de formation de film est un paramètre important pour mesurer l'efficacité des machines de pulvérisation magnétron.
De nombreux facteurs influent sur la vitesse de sédimentation, notamment le type de gaz de travail, la pression du gaz de travail, la température de la cible de pulvérisation et l'intensité du champ magnétique. Mais aujourd'hui, nous allons parler de trois facteurs importants qui influent sur la vitesse de dépôt des revêtements cibles de pulvérisation magnétron : la tension, le courant et la puissance de pulvérisation.
Tension de pulvérisation (V)
L'effet de la tension de pulvérisation sur la vitesse de formation du film suit un modèle : plus la tension est élevée, plus la vitesse de pulvérisation est rapide, et cet effet est doux et progressif dans la plage d'énergie requise pour le dépôt par pulvérisation. Parmi les facteurs affectant le coefficient de pulvérisation, la tension de décharge est en effet importante après la pulvérisation du matériau cible et du gaz de pulvérisation. D'une manière générale, dans un processus de pulvérisation magnétron normal, plus la tension de décharge est élevée, plus le coefficient de pulvérisation est élevé, ce qui signifie que les ions incidents ont une énergie plus élevée. Par conséquent, les atomes des matériaux cibles solides sont plus facilement pulvérisés et déposés sur le substrat pour former un film mince.
Courant de pulvérisation (I)
Le courant de pulvérisation d'une cible magnétron est directement proportionnel au courant ionique à la surface du matériau de la cible de pulvérisation et constitue donc un facteur important affectant la vitesse de pulvérisation. La pulvérisation magnétron a une règle universelle selon laquelle la vitesse de dépôt est la plus rapide à la pression optimale (en fonction des différentes cibles de pulvérisation et des projets de pulvérisation). Par conséquent, il convient de considérer la valeur optimale de la pression du gaz du point de vue du rendement de pulvérisation sans affecter la qualité du film et en répondant aux exigences du client. Il existe deux méthodes pour modifier le courant de pulvérisation : modifier la tension de travail ou modifier la pression du gaz de travail.
Puissance de pulvérisation (P)
L'effet de la puissance de pulvérisation sur la vitesse de dépôt est similaire à celui de la tension de pulvérisation. En règle générale, l'augmentation de la puissance de pulvérisation des cibles magnétron peut améliorer la vitesse de formation du film. Cependant, il ne s'agit pas d'une règle universelle. Dans le cas d'une faible tension de pulvérisation (par exemple environ 200 volts) et d'un courant de pulvérisation élevé des cibles magnétron, bien que la puissance de pulvérisation moyenne ne soit pas faible, les ions ne peuvent pas être pulvérisés ou déposés. La condition préalable est que la tension de pulvérisation appliquée au matériau cible magnétron soit suffisamment élevée pour garantir que l'énergie des ions du gaz de travail dans le champ électrique entre la cathode et l'anode soit suffisamment supérieure au « seuil d'énergie de pulvérisation » du matériau cible.
Les cibles de pulvérisation magnétron de haute qualité nécessitent une pureté élevée, une densité élevée, une microstructure uniforme et une bonne stabilité thermique. Il est essentiel de contrôler strictement la pureté des matières premières, les techniques de traitement et les tests de qualité pendant le processus de préparation. Des technologies de production avancées telles quemétallurgie des poudresetfusion sous videpeut améliorer efficacement les performances des matériaux cibles.
