DC & RF Magnetron Sputter

Pei-Ju Chen* Chien-Neng Liao

Introduction

Thin film deposition

Physical vapor deposition (PVD)

Chemical vapor deposition (CVD)

Sputter Evaporation E-gun

MOCVD LPCVD APCVD

Plasma-1 將腔體抽到真空度 10-6torr ，加入氬氣氣體，施加高電壓，就會形成電漿狀態。 電漿中帶正電的離子將被加速射向陰極，撞擊靶材後，濺出靶材原子飛向基板。

e-e-

e-

molecule e- electron

＋

＋

＋

＋ ion

e-e-

e-＋

＋High V

e-

e-e-

Anode

Cathode

＋

＋

＋

＋

Energy

Plasma-2

Relaxation : A*→A + hν(photons)

Excitation : e- + A → A* + e-

Ionization : e- + A → A+ + 2 e-

DC sputter DC 濺鍍是最早發展的濺鍍方法。 因為 DC 濺鍍使用靶材當成陰極，所以靶材必需是金屬物質，無法濺鍍氧化物等介電材料。

e-e-

＋＋

＋

Anode

Cathode

＋ ＋

e-

e- e-

Metal

e-e-

＋＋

＋

Anode

Cathode

＋ ＋

e-

e- e-

Non metal

e-e-e-e-

RF sputter 1955 年， Wehner 發明了交換式電流，以

13.56MHz 的頻率，不斷的更換電流的正負極電壓。電荷不會累積在靶材附近。因此就沒有屏障需要衝破，也就不需要高電壓，可以在較低電壓的狀況下，持續的工作。 e-e-

＋＋

＋

Anode

Cathode

＋ ＋

e-

e- e-e-e-e-e-

e-e-

＋＋

＋

Cathode

Anode

＋ ＋

e-

e- e-e-e-e-e-

molecule e- electron ＋ ion

Magnetron sputter-1 電子因為磁力線的影響，而螺旋性的前進。這樣可以大幅的增加氬氣氣體的離子密度以及碰撞機率。離子密度將會從 1010ion/cm3 增加到 1013ion/cm3 。因此，鍍率可以大幅度的提高。

e-e-

e-

＋

＋＋

Anode

Cathode

＋

＋e-e-

e-e-

e-＋

＋＋

Anode

Cathode

＋＋

e-e-

Magnetic field

e- ＋

molecule e- electron ＋ ion

Magnetron sputter-2 不過磁控濺鍍不能應用在導磁性的靶材材料中，磁場不均勻會造成靶材曲面性的消耗 ( 中間消耗多，周圍消耗少，成凹陷狀 ) ，凹陷狀的靶材將造成靶材消耗不均勻。這對膜層的均勻性傷害很大。

http://www.helmholtz-berlin.de/forschung/enma/solare-brennstoffe/analytische-methoden/reaktives-magnetron-sputtern_en.html

Summary

DC RF Magnetron

好 靶材沒限制 鍍率增加壞 靶材限制 鍍率慢 靶材限制適用靶材 導體 都可以 非磁性

Gantt chart

清洗檔片和試片

換靶材和 shutter抽真空

穩定氬氣流量

預鍍

鍍膜

靶材冷卻

0:00 1:55 3:50 5:45 7:40 9:36

00:30

00:1006:00 通常隔

夜00:20

00:15

依厚度而定00:20