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磁控靶材濺射沉積率的影響因素

 

濺射沉積率是表征成膜速度的參數,其沉積率高低除了與工作氣體的種類與壓力、靶材種類與“濺射刻蝕區”的麵積大小、靶麵溫度與靶麵磁場強度、靶源與基片的間距等影響因素外,還要受到靶麵的功率密度,亦即靶電源輸出的“濺射電壓與電流”兩個重要因素的直接影響。

1、濺射電壓與沉積率

在磁控靶前磁場控製區域間的等離子體越強烈和密集,靶材上的原子脫離率就越高。在影響濺射係數的諸因數中,當靶材、濺射氣體等業已選定之後,比較起作用的就是磁控靶的放電電壓。一般來說,在磁控濺射正常工藝範圍內,放電電壓越高,磁控靶的濺射係數就越大;也就是說入射離子的能量越大,濺射係數也越大。在濺射沉積所需的能量範圍內,其影響是緩和的和漸變的。

2、濺射電流與沉積率

磁控靶的濺射電流與靶麵離子流成正比,因此對沉積率的影響比電壓要大得多。增加濺射電流的辦法有兩個:一個是提高工作電壓;另一個是適當提高工作氣體壓力。沉積速率對應有一個最佳氣壓值,在該氣體壓力下,其相對沉積率最大,這個現象是磁控濺射的共同規律。在不影響膜層質量或滿足用戶要求的前提下,由濺射產額來考慮氣體壓力的最佳值是比較合適的。

3、濺射功率與沉積率

 一般來說,磁控靶的濺射功率增高時,薄膜的沉積率速率也會變大;這裏有一個先決條件,就是:加在磁控靶的濺射電壓足夠高,使工作氣體離子在陰-陽極間電場中獲得的能量足以大過靶材的“濺射能量閥值”。有的時候,磁控靶的濺射電壓很低(例如二百多伏),濺射電流也比較高,雖然平均濺射功率不低,卻會出現靶材離子濺射出不來,不能發生濺射沉積成膜的情況。記錄磁控靶的濺射電壓和濺射電流數據,不但可以知道磁控靶的“濺射功率”,而且還可以大致了解轟擊靶麵離子的能量的高低和正確估計靶材離子的沉積狀況,對分析很多真空鍍膜中的問題和現象都會有幫助。

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