PVD pārklājuma tehnoloģijas klasifikācija un teorija

PVD pārklājuma tehnoloģijas klasifikācija un teorija

Kā sava veida īpaša forma materiāls var būt amorfs, polikristālisks un monokristālisks. To var izgatavot no vienkāršiem elementiem vai savienojumiem, neorganiskiem materiāliem vai organiskiem materiāliem.

Plānās plēves tehnoloģija ietver fizikālu tvaiku uzkrāšanos (iztvaikošanu, izsmidzināšanu, jonu pārklājumu, loka pārklāšanu, plazmas pārklāšanu) un ķīmisko tvaiku nogulsnēšanos. Mūsu rūpnīcā izmantotā tehnoloģija ir fizikālā tvaiku uzklāšana (PVD).

Vienas vakuuma iztvaicēšanas pārklājums

Izturības apkures iztvaikošana un elektronstaru sildīšanas iztvaikošana:

1. Pamatprincipi:

Paņēmiens, kurā pārklājamais substrāts vai sagataves ievieto augstā vakuuma kamerā un karsē, lai iztvaicētu (vai sublimētu) plēves veidojošo materiālu un nogulsnētu uz pamatnes vai sagataves virsmas, veidojot plānu plēvi.

2. Iztvaikošanas avota veids:

a) (b) (c) (d)

3. Faktori, kas ietekmē filmu kvalitāti:

A. Pamatnes novietojums

Lai iegūtu vienotu plēvi, priekšnoteikums ir pareiza substrāta novietošana.

B. Lai nodrošinātu membrānas masu, spiedienam jābūt tik zemam kā Pr (Pa).

L ir attālums no iztvaikošanas avota līdz substrātam kā L (cm).

C. Iztvaikošanas ātrums. Ja iztvaikošanas ātrums ir mazs, gāzes molekulas tiek nekavējoties adsorbētas uz nogulsnētajiem membrānas atomiem (vai molekulām), kā rezultātā rodas brīva membrānas struktūra, rupjās daļiņas un daudzi defekti. Gluži pretēji, membrānas struktūra ir viendabīga un kompakta, mehāniskā izturība ir augsta, un slodze membrānas iekšienē ir liela.

D. Normālos apstākļos, kad substrāta temperatūra ir augsta, adsorbēto atomu kinētiskā enerģija attiecīgi palielinās, un veidotā plēve ir viegli kristalizējama un samazina režģa defektus. Ja substrāta temperatūra ir zema, nav pietiekami daudz enerģijas, lai piegādātu adsorbētos atomus, tāpēc ir viegli veidot amorfu plēvi.

Divi.Magnetrona izsmidzināšanas pārklājums

Magnetronu izsmidzināšana ir jauna veida izsmidzināšanas pārklājuma metode, kas izstrādāta, pamatojoties uz katoda izsmidzināšanu 1970. gados. Tā kā tas efektīvi novērš elektronu izraisīto zemo katodu izsmidzināšanas ātrumu un substrāta temperatūras pieaugumu, tas ir ieguvis ātru attīstību un plašu pielietojumu.

1. Magnetronu izsmidzināšana:

Par sputteri tiek saukts fenomens, ka mērķa virsmas atomus ietekmē mērķa materiāls. Sputterēšanas plēve tiek realizēta, kad atputas, kas rodas no aerosola, nogulsnējas uz substrāta virsmas (sagataves).

Magnetronu izsmidzināšanas pamatprincipi:

Magnetronu izsmidzināšana bija šļakatu zonā un magnētiskais lauks perpendikulāri elektriskā lauka virzienam, ortogonālā elektriskā intensitāte un magnētiskais lauks BE elektronu kustības vienādojums, elektronika cikloīda riteņa veidā pa mērķa virsmu līdz perpendikulāri virzienam. E un B ir paralēli, tādējādi ievērojami paplašinot elektronisko maršrutu, palielinot elektronu sadursmes ar gāzes molekulām, uzlabojot jonizācijas efektivitāti. Tātad sekundārais elektronu magnētiskais lauks trases vadībā var tikt izmantots jonizācijas enerģijai, kad enerģija ir izsmelta, tikai anodu absorbē (šasija). Šis attēls:

Šos elektronus paātrina elektriskais lauks un iegūst enerģiju, un tad saduras ar gāzes atomiem vai molekulām, pat ja tie jonizējas, lai plazmu varētu saglabāt.

Magnetronu izsmidzināšana ir kontrolēt elektronu kustību, pievienojot skrejceļa magnētisko lauku mērķa virsmai, paplašinot to pārvietošanos ap mērķa virsmu un uzlabojot plazmas blīvumu, tādējādi sputēšanas pārklājuma līmenis ir ievērojami uzlabojies.

Sekundāro elektronu iznākums:

Sekundāro elektronu iznākums attiecas uz sekundāro elektronu skaitu uz jonu bombardējot mērķi. Teorētiskā analīze liecina, ka metāla mērķa sekundārais elektronu daudzums ir neatkarīgs no jonu enerģijas, kad jonu enerģija ir mazāka par 500eV (faktiski mazāka par 1000eV).

Piesārņojuma iznākums:

Magnetronu izsmidzināšanas darbspriegums ir 200 ~ 500V, kas nosaka, ka mērķa maksimālā jonu enerģija ir 500eV, un paātrinātā argona jonu ir perpendikulāra mērķim.

Starpgadījumu jonu un materiālu mijiedarbība:

Mijiedarbība starp enerģijas nesējiem un mērķa virsmu rada:

A. Virsmas daļiņas: izsmidzināšanas atomi, atdalītie atomi, desorbcijas piemaisījumi un sekundārie elektroni.
B. Virsmas fizikāli ķīmiskās parādības: tīrīšana, kodināšana un ķīmiskās reakcijas.
C. Punktu defekti, līnijas defekti, karstās tapas, sadursmju kaskādes, jonu implantācija, amorfas valstis un savienojumi materiāla virsmas slānī.

Piesārņošanas metodes:

Sputterēšanas tehnoloģiju var iedalīt:

A. Diodes izsmidzināšana ar dc mirdzumu;

B. Tripola iztvaicēšana ar karstās stieples izlādi;

C. Rf izsmidzināšana, izmantojot RF izplūdi;

D. Magnetronu izsmidzināšanas kontrole kvēldiega izlādēšanai, izmantojot slēgtu skrejceļa magnētisko lauku.

2 magnetronu izsmidzināšanas katoda struktūra:

Pašlaik magnetronu izsmidzināšanas ierīces rūpnieciskai lietošanai galvenokārt izmanto taisnstūra plakanā magnetrona izsmidzināšanas katodu (a attēls). Parasti izmantotajam mērķa materiāla izmēram ir divas specifikācijas: VT mašīna: garuma platuma biezums (450,5 120 6) mm; ZCK mašīna: 460 100 6. Ražošanā tiek pakāpeniski izmantots arī cilindriskais magnetrona izsmidzināšanas katods (b attēls). Salīdzinājumā ar tiem plaknes mērķa materiāla izmantošanas līmenis ir tikai 20-30%, tas ir, izmantošanas līmenis ir zems.

A. Attēls b

A. Attēls ir magnētiskā lauka veids, ko ražo pastāvīgā magnēta sliežu taisnstūra plaknes magnetrona izplūdes katods, kura mērķa materiāls saskaras ar polu apavu. Ārpus mērķa materiāla gar N polu apavu, S polu apavu vidū, N un S polu apaviem attiecīgi pakļauj stroncija ferīta vai ndfeb pastāvīgo magnētu pretēju polaritāti. Ievietojiet tīra dzelzs caurlaidību savienot otrā pastāvīgā magnēta galu, proti, lai radītu skrejceļa magnētiskās ķēdes magnētisko lauku.

B. Attēls ir cilindrisks dobais magnrona katods, kas ir katoda mērķis ar magnētu, kas ievietots cilindriskā mērķī, ar N un S stabiem labi sakārtoti, ūdens dzesēšanai un dinamiskai noslēgšanai.
Polu apavu funkcija: veidot slēgtu magnētisko ķēdi ar ļoti mazu magnētisko pretestību.

Šobrīd mēs parasti izmantojam pastāvīgos magnētiskos materiālus: bārija ferītu (BaO · 6F1e2O3), stroncija ferītu (SrO · 6F1e2O3), ndfeb pastāvīgo magnētu.
Magnetrona izsmidzināšanas elektrods:
Praktiskiem magnetronu izsmidzināšanas elektrodiem ir četras pamatstruktūras:

a) koaksiālais cilindrs; b) plakana tipa; c) konusa (S pistoli) tips; d) plakanais vai cilindriskais dobais tips
1 - substrāts; 2 - mērķa materiāls; 3 - vairogs

3 izsmidzināšanas process:
Magnronu izsmidzināšanas pārklājuma mašīnas rasēšanas sistēmas diagramma:

Piesārņošanas procesa parametri:

Attiecība starp sputterēšanas mērķspriegumu u un mērķa strāvas blīvumu J ir šāda: uJ = K1
Kur K1 ir pieļaujamā mērķa jaudas blīvuma vērtība, konstante.

Mērķa strāvas blīvumu var noteikt pēc izvēlētā mērķsprieguma un pieļaujamā mērķa jaudas blīvuma.

Samaziniet Ar spiedienu, lai uzlabotu nogulsnēšanas ātrumu un uzlabotu pārklājuma saķeri un plēves blīvumu. Magnetronu izsmidzināšana Ar spiedienu parasti izvēlas kā 0,5 Pa, gāzes izplūdes pretestība ar samazinātu Ar spiedienu. Magnetronu izsmidzināšana var attiecīgi pielāgot Ar spiedienu, attiecīgi veikt mērķa jaudas blīvumu un spriegumu, tuvu tās mērķa vērtībai un vislabākajai vērtībai. Tāpēc uzlabojiet nogulsnēšanās ātruma procesa principu: cik vien iespējams tuvu mērķa jaudas blīvuma vērtībai; Mērķa spriegums ir pēc iespējas tuvāks optimālajai vērtībai.

A. Tīra metāla plēve:
Fizikālā tvaiku nogulsnēšanā tīras metāla plēves ir piemērotas gan iztvaikošanai, gan iztvaicēšanai, bet iztvaikošanas ātrums ir augstāks.
Pašlaik izmantotie materiāli ir: Al, Ti, Cu, Cr utt

B. Sakausējuma plēves izsmidzināšana: \ t
Starp fizikāliem tvaiku nosēdināšanas paņēmieniem sakausējuma plēvju nogulsnēšanai ir vispiemērotākā izsmidzināšana. Piesārņošanas metodes ietver vairāku mērķa sputterēšanu, Mosaic mērķa sputterēšanu un sakausējumu ar sakausējumu.
Pašlaik izmantotie mērķa materiāli ietver AlTi, ZrTi, CuTi utt.

C. Kombinētās plēves izsmidzināšana:
Saliktā plēve parasti attiecas uz plēves slāni, ko veido savstarpēji apvienojot metāla elementus ar C, N, B, S un citiem nemetāliskiem elementiem. Plating metodes ietver DC sputtering, rf sputtering un reaktīvo sputtering.

1. Jāizmanto Dc smidzināšanas savienojuma plēve. Piemēram, vadošie savienojuma mērķi, piemēram, SnO2, TiC, Mo un MoSi2, parasti tiek izgatavoti ar pulvermetalurģiju, kas ir ļoti dārga. savienojuma plēve.

2. Rf izsmidzināšanu neierobežo tas, vai mērķis ir vadītspējīgs vai nē. Tas var būt metāla vai izolēts keramikas mērķis.

3. Reaktīvā iztvaikošana ir tad, kad metāla mērķa sputterizācija vienlaicīgi ar pārklājuma kameru nonāk gāzē, kurā ir vajadzīgie ne xin elementi. TiC (melns) IZMANTO Ti mērķi un darba gāze ir Ar + C2H2 vai Ar + CH4.

Reaktīvā sputrāšanā ievadītā reakcijas gāze ne tikai reaģē ar plēves atomiem, kas uzkrājas uz sagataves, veidojot savienojuma plēvi, bet arī reaģē ar mērķa materiālu, lai veidotu savienojumu uz mērķa virsmas, kas var padarīt mērķa virsmu noņemšanas ātrumu. materiāls un attiecīgi samazina pārklājuma likmi pat pēc lieluma, ko ir viegli izraisīt mērķa saindēšanos.

Sastāvēšanas procesā savienojumu sākumā, tikai tīrā Ar, tad pakāpeniski palieliniet reakcijas gāzi (C2H2 vai N2 utt.), Reakcijas gāzes sākumā tikai cauri, izplūdes ātruma maiņa nav liela ja reakcijas gāze sasniedz noteiktu robežu, tad izsmidzināšanas ātrums rada acīmredzamas izmaiņas, un pēc tam turpina palielināt reakcijas gāzi, sputēšanas ātrums atkal parādās stabilā. Tika konstatēts, ka apgrieztā procesa virziens noteiktā diapazonā starp novirzes līkni parādās "histerēzes līknes" attēlā. To sauc par "mērķa saindēšanās līkni". Skatīt zemāk:

Mērķa saindēšanās līkne
Pasākumi, lai novērstu mērķa saindēšanos:
. Uzlabot vakuuma sistēmas ekstrakcijas ātrumu;
Samaziniet reakcijas gāzi.
Atdaliet reakcijas gāzi no mērķa.

Sastāvdaļiņu plēves piemēri ir šādi:

Membrānas materiāls
artefakti
funkciju
TiN,
Ātrgaitas tērauds un frēzgriezējs
Cieti izturīgi
Nerūsējošā tērauda korpuss un siksna
Zelta apdare
Keramika un flīzes
Zelta apdare
ITO
Caurspīdīgs elektrovadīts stikls
Caurspīdīgs vadītspējīgs
SiO2
Caurspīdīgs elektrovadīts stikls
Novērst nātrija jonu difūziju
Al2O3
Integrēta shēmas silīcija mikroshēma
Izolācijas pasivēšana
MgF2
Optiskā lēca
Mīnus pretatspīdums
TiC
Nerūsējošā tērauda tālruņa korpuss un detaļas
apdare

Magnetronu izsmidzināšanas jonu pārklāšanas tehnoloģija:

Pēc 80 sekundēm savienojiet magnetronu sputifikācijas slīpumu, ko dēvē par magnetronu izplūdes jonu pārklājumu, turpmāk tekstā saukto jonu apšuvumu (spontreing ion plating, saīsinājums SIP). Mūsu rūpnīcā pašlaik tiek izmantota plēves plēves, proti, tehnoloģijas izmantošana.

1. Dekoratīvā pārklājuma (TiN vai TiC) ražošanas process ar magnetronu izsmidzināšanas jonu pārklāšanas tehnoloģiju:

2. PVD pārklāšanas process:

Kopsavilkums: saskaņā ar filmas prasībām vakuuma līmenim ir izšķiroša nozīme filmas kvalitātē. Attiecībā uz mūsu rūpnīcā ražotajiem izstrādājumiem vakuuma pakāpe pirms plēves veidošanas ir nepieciešama, lai sasniegtu 5,0 - 10–3pa (sūknēšanas laiks ir aptuveni 30-60 minūtes).

Sūknēšanas sildīšana: kad tiek sasniegts vakuuma līmenis (piemēram, 2,0 10-2pa), sāciet sildīšanu un atveriet rotējošo rāmi.

Mērķis: samazināt vai likvidēt adsorbēto gāzi uz produktu virsmas un vakuuma kameru, cepot, lai uzlabotu plēves kvalitāti un veiktspēju, lai tas atbilstu prasībām, bet jāatzīmē, ka:

A. Īstajā diapazonā var ieslēgt apsildi, kas var novērst preču virsmas oksidēšanos.
B. Apsildes palaišanas laikā atveriet disku.

Mērķa tīrīšana (pazīstama arī kā punktu mērķis): mērķi var atvērt un tīrīt tikai tad, kad vakuuma pakāpe sasniedz noteiktu diapazonu (mūsu rūpnīcā ražoto produktu vajadzīgais diapazons ir 7,0 10-3 ~ 5,0 10-3pa).

Mērķis: noņemt adsorbēto gāzi un notīrīt pārklājumu uz mērķa virsmas.

Jonu tīrīšana: artefakti pēc pirmapstrādes, virsma joprojām būs netīrumi, var būt arī neliels oksīda slānis, jonu tīrīšana ir netīrumu noņemšana, un virsmas oksidācijas slānis ir viena no efektīvajām metodēm. Ar gāzei, kas piepilda augsto spiedienu vakuuma kamerā, artefaktus un negatīvu novirzi, ko izraisa spīduma izdalīšanās, vienlaikus jonizējot Ar jonu elektriskā lauka iedarbībā, augstas enerģijas spridzināšanas artefaktus un sasniedzot netīrumus uz apstrādājamās detaļas virsma izšļakstās, notīriet to un aktivizējiet to uz kravas virsmas.

Filmu veidošanās: ja darba gāzes argona spiediens sasniedz noteiktu līmeni, tiek atvērts mērķis un tiek pievienots atbilstošs daudzums reaktīvo gāzu, lai iegūtu putekļus, un beidzot tiek iegūta vajadzīgā plēve. Pašlaik nitrīda plēve, oksīda plēve un karbīda plēve tiek iegūta ar slāpekli (N2), skābekli (O2), metānu (CH4), acetilēnu (C2H2), oglekļa monoksīdu (CO) un citām gāzēm.

Jautājumi, kuriem jāpievērš uzmanība filmu veidošanas procesā:

1. Vai Ar plūsma un spiediens ir normāli?
2. Pirms mērķa atvēršanas dodiet slīpumu, iedarbiniet rotējošo rāmi un pārbaudiet, vai kravai ir īssavienojums.
3. Filmas veidošanas procesā jāpievērš uzmanība mērķspriegumam, mērķa strāvai, spiedienam un slīpuma strāvai.

Dzesēšana: plēves veidošanās procesā tiks radīta augsta temperatūra, lai izvairītos no plēves slāņa no stresa, ko izraisa temperatūras atšķirība starp vakuuma kameras iekšpusi un ārpusi. Pēc plēves veidošanās ir nepieciešama pienācīga dzesēšana, pirms filma tiek atbrīvota.
Vakuuma kamera. Kravas vienība un vakuuma kameras tīrīšana.

Saistītie magnetronu izsmidzināšanas jonu pārklājuma parametri:

Magnetrona smidzināšanas darbam ir trīs veidu elektriskie savienojumi: iezemēšana, piekare un slīpums.
Pārklājuma ierīce parasti ir vakuuma kameras korpuss, kā anode, un nulles potenciāla noteikumi.
Piekare ir apstrādājamā materiāla izolācijas process no anoda (korpusa) un katoda un tā suspendēšana plazmā.
Bias ir pievienot desmitiem voltu uz simtiem voltu negatīvas novirzes uz sagataves, kad slīpums ir nulle, kas ir iezemēta.

1. Jonu ierašanās attiecība:

Jonu apšuvuma gadījumā notiekošo jonu ietekme uz plēves struktūru un īpašībām galvenokārt ir atkarīga no jonu enerģijas un jonu plūsmas.
Jonu pārklājumā enerģiju, ko iegūst, iestājoties jonu uz katra nogulsnētā atoma, sauc par enerģijas ieguvuma vērtību.
Ea = Ei (ev)
Ei tips ir ieejas jonu (ev), I / Φ energy enerģija, lai sasniegtu jonus, kas ir sasniedzami nekā a.

2. Slīpums un strāva:

Jonu apšuvuma praktiskie procesa parametri ir slīpuma spriegums un strāvas blīvums. Pašlaik mūsu rūpnīca plākšņu TiN vai TiC procesā, aizspriedumu kontrole pievienota -100 ~ -400V, slīpuma strāva 2 ~ 6A vai tā .

3. Impulsu izsmidzināšana:

Impulsu izsmidzināšana parasti izmanto taisnstūra viļņu spriegumus.

Impulsa periods ir T, mērķa izsmidzināšanas laiks katrā ciklā ir t-delta T, delta T ir pozitīvais pulsa laiks (platums), kas pievienots mērķim.V- un V + ir negatīvo un pozitīvo impulsu sprieguma amplitūda, kas pievienota mērķi.

4. Nenormāli gadījumi ekspluatācijas laikā:

Šobrīd galvenie ražošanā izmantotie modeļi ir: vt-1200, SVS un COM nepārtrauktas pārklāšanas mašīna, zck-1500 un citi dažāda veida mērķa aprīkojums.

Nenormāla parādība
Sekas
a.
Automašīnas vairogs nav labi, kad mērķis ir mazgāts
Preču virsma bija piesārņota, kā rezultātā plēve pēc sprādziena pārklājās
B
Biona īssavienojums notiek jonu tīrīšanas laikā
Funkcijas tests NG pēc plēves veidošanas (noraidīts)
C
Plēves veidošanās procesā reakcijas gāzes plūsmas ātrums ir pārāk liels (piemēram, C2H2), kā rezultātā tiek sasniegta mērķa saindēšanās
Pēc tam, kad produkti ir izgājuši no krāsns, plēves pārklājums vai krāsas nevienmērīga parādība ir acīmredzama
D
Mērķa atvēršanas laikā mērķa dzesēšanas ūdens netiek atvērts
Iekārtu bojājumi, nopietni bojājumi

IKS PVD, vakuuma pārklājuma mašīna, sazinieties ar: iks.pvd@foxmail.com