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影响磁控溅射均匀性的因素

日期:2020-12-16 14:01:01 点击:

                     影响磁控溅射均匀性的因素

  磁控溅射生成的薄膜厚度的均匀性是成膜性质的一项重要指标,因此有必要研究影响磁控溅射均匀性的因素,以更好的实现磁控溅射均匀镀膜。简单的说磁控溅射就是在正交的电磁场中,闭合的磁场束缚电子围绕靶面做螺线运动,在运动过程中不断撞击工作气体氩气电离出大量的氩离子,氩离子在电场作用下加速轰击靶材,溅射出呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。所以要实现均匀的镀膜,就需要均匀的溅射出靶原子(或分子),这就要求轰击靶材的氩离子是均匀的且是均匀的轰击的。由于氩离子在电场作用下加速轰击靶材,所以均匀轰击很大程度上依赖电场的均匀。而氩离子来源于被闭合的磁场束缚的电子在运动中不断撞击的工作气体氩气,这就要求磁场均匀和工作气体氩气均匀。但是实际的磁控溅射装置中,这些因素都是不均匀的,这就有必要研究他们不均匀对成膜均匀性的影响。

 

磁场不均匀的影响

由于实际的磁控溅射装置中电场和磁场不是处处均匀的,也不是处处正交的,都是空间的函数。写出的三维运动方程表达式是不可解的,至少没有初等函数的解。所以磁场的不均匀性对离子的影响,也即对成膜不均匀性的影响是难以计算的,最好的方法就是配合实验具体分析。图1是用中频孪生靶柔性卷绕磁控溅射镀膜装置实验得出的靶磁场均匀性和成膜厚度均匀性的对应关系。

气体不均匀性的影响

一般来说气体不均匀可以由两种情况产生,一种是送气不均匀,另一种就是抽气不均匀。


靶基距、气压的影响

靶基距也是影响磁控溅射薄膜厚度均匀性的重要工艺参数,薄膜厚度均匀性在一定范围内随着靶基距的增大有提高的趋势,溅射工作气压也是影响薄膜厚度均匀性重要因素 。但是,这种均匀是在小范围内的,因为增大靶基距产生的均匀性是增加靶上的一点对应的基材上的面积产生的,而增加工作气压是由于增加粒子散射产生的,显然,这些因素只能在小面积范围内起作用。

结论:

磁场的均匀性和工作气体的均匀性是影响成膜均匀性的主要因素。磁场大的位置膜厚,反之膜薄,靶的长度方向的磁场分量也会对镀膜厚度均匀性产生影响;气压大的位置膜厚,反之膜薄。由于磁场不可能绝对理想,那么就存在不均匀,而膜层厚度和气压的关系使调节气压不均匀来补偿磁场不均匀成为可能。另外,还可以配合调整靶基距和工作气体压强的方法在一定程度上使膜层均匀。