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关于磁控溅射打弧现象的解决方案

浏览数量:1136     作者:本站编辑     发布时间: 2016-07-08      来源:本站

关于磁控溅射打弧现象的解决方案

对于磁控溅射工艺来说打弧是很普通的现象,也是导致产品不合格或者工艺不稳定的重要因素,因此解决打弧问题在工艺方面来看尤为重要。

首先我们来分析一下打弧的起因,一般是由于阴极靶材表面电位不稳或者等离子体范围内有活动的电位差造成的。(下图分别为: 1,非溅射区的绝缘膜由于电子积累产生电容起弧。2, 非溅射区绝缘膜与溅射区之间起弧。3, 阳极与阴极之间起弧。)
溅射区


(下图为目前普遍的阳极设计)

阳极设计

(以下为阳极对DC电源磁控溅射的打弧现象的抑制。左图为平衡磁场阴极,阳极一定要根据磁场的设计来安装好位置,这样就可以有效地收集电子减少打弧了。右图为非平衡磁场阴极,阳极的设计允许所有的电子躲开溅射等离子体。)
磁控溅射的打弧现象

(以下为氧化物反应溅射的打弧现象,当阳极和阴极的非溅射区覆盖了绝缘的氧化膜时的打弧,属于阳极消失导致的打弧现象。)
氧化物反应溅射的打弧现象

(这种的解决方法有控制阳极与阴极非溅射区的缝隙(一般为2~3mm),但一般情况下因为国内的加工精度问题往往很难精确控制这个距离。另外设计为悬浮阳极,以及隐藏阳极。)
悬浮阳极和隐藏阳极

以上是单纯地从阳极来解决平面阴极的打弧情况,实际上关于解决平面阴极的打弧问题需要从多方面入手,以下只列举方法,不做具体分析。

总结解决平面阴极打弧方案:

第一,合理的阳极设计和加工精度控制。

第二,合理的磁场设计,让靶材溅射面积越大越好,这样靶材表面更加清洁。

第三,使用中频电源,最好是正弦波电源。

第四,设置合理的打弧参数,有些电源的打弧参数是可调的,这个很重要。

第五,使用Speedflo实现过渡态沉积氧化物膜,这样大大减少了靶材表面的中毒现象。

第六,使用RF电源直接溅射绝缘的氧化物靶材。

第七,本底真空度和工作真空度的工艺调节。

第八,考虑基片移动对等离子体的稳定性影响。

第九,使用旋转阴极,其实旋转阴极也有打弧的现象,因为旋转阴极阳极离溅射区太远,以及靶材两端非溅射区的不稳定造成的。

 

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