磁控濺射靶材的根瘤的形成

磁控濺射靶材的根瘤的形成磁控濺射是由于各種各樣的行業(yè)，如薄膜太陽能電池，半導(dǎo)體，光學(xué)裝飾涂料，耐磨和防腐蝕保護(hù)應(yīng)用的高度重視的技術(shù)。據(jù)觀察，在過去，在某些情況下，當(dāng)濺射金屬或陶瓷材料，結(jié)節(jié)表面形成濺射賽馬場附近地區(qū)（自動轉(zhuǎn)存面積），有時甚至在賽馬場區(qū)域日標(biāo)（圖1）。他們通常擁有一個到崗，圓錐或金字塔形狀。結(jié)節(jié)往往沉積運(yùn)行收益增長。最終，他們可以覆蓋超過30%的日標(biāo)的表面區(qū)域。形成結(jié)節(jié)會帶來不同的效果，如濺射速率，濺射原子的角分布的變化，增強(qiáng)電弧放電過程中漂移和不穩(wěn)定，這反過來缺陷的結(jié)果，并導(dǎo)致質(zhì)量差濺射薄膜。涂層系統(tǒng)已被關(guān)閉經(jīng)常清洗日標(biāo)表面結(jié)節(jié)和碎片。這會導(dǎo)致非預(yù)期的停機(jī)時間和降低生產(chǎn)速度。日標(biāo)表面上形成結(jié)節(jié)，因此極不可取的。盡管這是一個嚴(yán)重的工業(yè)問題，一般有什么結(jié)果結(jié)節(jié)的增長，這是很重要的工藝參數(shù)的理解缺乏，以及如何解決這個問題。因此，這篇文章的日的是闡明根瘤的形成機(jī)制，對靶材的關(guān)鍵工藝參數(shù)和提供解決方案以及一些輕。圖1。入）掃描電鏡圖像顯示結(jié)節(jié)形態(tài)。從Lippens等。[4]B）ITO靶材的黑色結(jié)節(jié)（圖像-Gencoa有限公司提供）；C）在Si

靶材結(jié)節(jié)（圖像-Faradox儲能公司提供）。根瘤的生長機(jī)制觀察視錐細(xì)胞的離子轟擊陰極的歷史可以追溯到早在1942年［1］。從那時起，這種現(xiàn)象一直受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的科學(xué)家和工程師的興趣。韋納錐的形成［2］進(jìn)行了廣泛的研究工作?；趯嶒炞C據(jù)韋納的結(jié)論，在濺射從另一個源提供的某些雜質(zhì)原子或原子的極少量可以給離子轟擊surfaces.The比種子誘導(dǎo)錐增長所需的主要原子可以上升到種子錐形成低至1500人，分別為鉬-銅的情況下證明。有趣的是，它也表明，種子原子材料具有較低的濺射率，但必須表現(xiàn)出了較高的熔點。存款錐也可以出現(xiàn)更大的通量是一個較低的熔點金屬熱的熔點較高的金屬，它是離子轟擊下存放。在低離子轟擊能量（＜1keV，即典型的磁控濺射應(yīng)用）高溫（ 的熔點）為種子錐現(xiàn)象發(fā)生的重要。當(dāng)濺射金屬靶材，氧或氮原子的痕跡阻礙表面原子的運(yùn)動，因此種子錐形成。離子轟擊濺射閾值附近的百單晶晶須，這受到更高的能量轟擊時，往往轉(zhuǎn)換成錐增長的結(jié)果。韋納強(qiáng)調(diào)，種子錐品須生長，吸附原子表面運(yùn)動和濺射效果之間的相互作用的結(jié)果。濺射靶材料已最常報告的有結(jié)節(jié)增長的問題是銦錫合金和銦錫氧化物（ITO）［3-9］。這主要是由于的ITO透明導(dǎo)電氧化物（TCO）鍍膜玻璃市場的主導(dǎo)地位。日前在工業(yè)生產(chǎn)的ITO的最高優(yōu)先事項是實現(xiàn)高濺射速率和過程的穩(wěn)定性，這兩者都是由結(jié)節(jié)增長的問題而受到損害。其他日標(biāo)材料，這種硅和Ti-W［10］，也被報道患有結(jié)節(jié)增長。

ITO濺射陶瓷目標(biāo)陶瓷ITO銦錫合金日標(biāo)上形成的結(jié)節(jié)通常是黑色的外觀和表現(xiàn)出高電阻率［3,4］。日標(biāo)密度與結(jié)節(jié)增長的現(xiàn)象相當(dāng)早，這是顯著的努力（圖2），以增加密度陶瓷的ITO日標(biāo)［5，11，12］。密集的日標(biāo)是提高沉積速率，但仍然堅持結(jié)節(jié)增長的問題。奧瑪特等公布的結(jié)果。［8］，具有相對密度高于99.5%，但由于當(dāng)?shù)仄罱y(tǒng)一錫離子和氧空位分布不均勻傳導(dǎo)電子密度患有結(jié)節(jié)形成率增加，意味著日標(biāo)。圖2。HystorycalITO靶材密度的提高。從K,內(nèi)海善雄等。［12］石橋等論文。［3］和Lippens等。［4］的狀態(tài)，在ITO濺射情況下結(jié)節(jié)增長在很大程度上是相關(guān)日標(biāo)表面上的氧化銦分離成高電阻In2O分氧化物和氧氣與Sn作為結(jié)節(jié)形成的發(fā)起人。結(jié)節(jié)是不斷被涂與再沉積材料。大衣厚度是幾十微米的順序，它可以將更多的氧氣缺乏［6］，可能是由于存款的減少錫［4］比日標(biāo)表面。不勻的電氣性能和化學(xué)成分導(dǎo)致持續(xù)增長（擴(kuò)大）結(jié)節(jié)期間的生活的日標(biāo)過程中（即濺射附近的日標(biāo)侵蝕率更快）。圖3顯示原理圖截面的一個結(jié)節(jié)上的ITO濺射靶。不均勻的化學(xué)成分和電氣性能，也導(dǎo)致負(fù)責(zé)建立，在一定的日標(biāo)表面地區(qū)和電弧。結(jié)節(jié)可以破解熱應(yīng)力作用下，或由一個弧形銷毀。結(jié)節(jié)分手后跟淋浴顆粒，核新一代的結(jié)節(jié)，從而解釋了觀察，一旦開始結(jié)節(jié)加速增長迅速［6］。圖3。示意圖截面的一個結(jié)節(jié)上的ITO濺射靶。Schlott等。［6］。里格等人。［13］用三維模擬人生審查約100在ITO靶材濺射形成結(jié)節(jié)。他們正在尋找雜質(zhì)，如C，鎂，鋁，硅，銅，鈦和錯。銅異常，發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)分布不均勻。大部分雜質(zhì)包括C或鋁。結(jié)節(jié)的三維深度分析發(fā)現(xiàn)，其中大多數(shù)是頂級C濃度未受影響的日標(biāo)表面積相比要高得多。［13］的作者因此得出的結(jié)論是C雜質(zhì)發(fā)揮他們研究的日標(biāo)結(jié)節(jié)增長的最重要的作用。Schlott等人。［6］用原位視頻監(jiān)控研究在ITO濺射過程根瘤的形成。他們測試了兩個75毫米直徑平面的ITO日標(biāo)沒有剎車真空此起彼伏。令人驚訝的是，他們有濺射第一的日標(biāo)是覆蓋有結(jié)節(jié)后1小時濺射，而相同的第二個日標(biāo)，基本上保持結(jié)節(jié)4小時。圖4比較了10個小時后長濺射運(yùn)行的兩個日標(biāo)。結(jié)節(jié)數(shù)量在近兩個數(shù)量級的差異進(jìn)行了觀察。這個例子清楚地表明，結(jié)節(jié)核的主要來源之一是來自濺射系統(tǒng)的粉塵和剝落。潔凈室等級提高運(yùn)作的第一個日標(biāo)，它允許更長的無結(jié)核的第二個日標(biāo)的操作。圖4。兩層ITO日標(biāo)比較濺射不破壞真空的情況下為10小時此起彼伏。Schlott等。［6］。再沉積的材料顯示，要在兩個方面［6］根瘤的形成源：一個結(jié)節(jié)核再沉積在賽道區(qū)和/或附近的賽馬場和隨后的濺射redeposits）;二）剝落的再沉積材料。進(jìn)一步在相同的和其他的研究確定根瘤的形成來源［6,10］:在分段日標(biāo)（ITO）瓷磚之間的接縫很容易收集灰塵/顆粒，粒子（SiO2的空隙，裂縫，裂紋和污染氧化鋁二氧化鈦和C）在日標(biāo)的制造工藝。中島和Kumahara的論文［7］報告使用很細(xì)的生粉和修改后的混合過程，提供顯著SnO2的分布更均勻。使用這種技術(shù)制造的日標(biāo)被證明是非常不容易根瘤的形成和電?。▓D5）。一個根瘤的形成進(jìn)一步減少，實現(xiàn)從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10日標(biāo)減少量的SnO2%至9WT%［7］。

圖5。外觀的改進(jìn)日標(biāo)（a）及（13）在160Wh/cm2濺射的傳統(tǒng)之

一。中島和Kumahara［7］。Cho等。［9］研究了ITO與鈣的日標(biāo)興奮劑的效果，通過另外的0.025和0.05WT%的碳酸鈣。展示了一個結(jié)節(jié)形成和弧計算密度，提高靶材利用率，工藝的穩(wěn)定性和可重復(fù)性的大幅下降（圖6）。值得注意的是，沒有沉積的ITO薄膜的顯著屬性的變化發(fā)現(xiàn)鈣摻雜的結(jié)果發(fā)生。圖6鈣摻雜ITO日標(biāo)：不同摻雜和日標(biāo)侵蝕水平的日標(biāo)表面上形成結(jié)節(jié)的影像。從Cho等。［9］。熱ITO濺射工藝是這里值得一提的，因為它是相信，經(jīng)營約（或以上）500度的ITO靶材。C的形成結(jié)節(jié)減少。然而，這個過程不會似乎已被廣泛接受，它的使用出現(xiàn)片狀，它的任何技術(shù)信息是稀缺的。反應(yīng)的ITO濺射在錫（80-20）結(jié)節(jié)在反應(yīng)的ITO沉積形成的日標(biāo)已經(jīng)調(diào)查Lippens等。［4］。結(jié)果表明，根瘤的形成和增長的機(jī)制是類似陶瓷的ITO濺射的情況下，但是，很明顯，有一定的差異太大。例如，在錫的日標(biāo)上形成的結(jié)節(jié)往往被發(fā)現(xiàn)含有更多的氧氣（/O比值對應(yīng)銦）相比，地區(qū)未來向他們表明，在反應(yīng)濺射過程中的結(jié)節(jié)核的位置所在的日標(biāo)強(qiáng)烈氧化。在其他情況下，接近2/1/O比值測定還與相應(yīng)的錫和/或氧化錫的濃度較高［4］（注：電氣SnO2的電阻率是高于ITO靶材的至少兩個數(shù)量級）。進(jìn)行附加實驗純（熔點-157deg.C時）和Sn（熔點-232deg.C時）的日標(biāo)。結(jié)果表明，結(jié)節(jié)兩個純增長和錫的日標(biāo)。根瘤的形成是在錫的情況下，這印證提高結(jié)節(jié)核Sn的作用更為顯著。這些結(jié)果是在韋納的工作［2］在前面的章節(jié)中討論的協(xié)議。有趣的是，沒有結(jié)節(jié)被發(fā)現(xiàn)時增長濺射純錫的日標(biāo)。Lippens等其他重要的觀察。［4］，結(jié)節(jié)密度的增加，有日標(biāo)的氧氣增加供給的銦由于分解，從而產(chǎn)生漂移也反應(yīng)濺射過程控制復(fù)雜的進(jìn)程，在反應(yīng)的ITO沉積。TI-W濺射羅和德雷珀研究的W-鈦濺射根瘤的形成［10］。他們得出了一些有用的關(guān)系有更廣泛的適用性，因此本節(jié)中給出。圖7到C顯示結(jié)節(jié)和密度的W-鈦日標(biāo)的生活和結(jié)節(jié)分布在徑切面的W-鈦日標(biāo)，分別為功能。nmwun DMWITFW.rt|TAJIGFEMMaTIR?ri!l gttfi%ri n***nmwun DMWITFW.rt|TAJIGFEMMaTIR?ri!l gttfi%ri n***圖7。結(jié)節(jié)（a）和密度（B）的W-鈦的日標(biāo)生活的功能和（c）結(jié)

核分布在徑切面的W-鈦日標(biāo)。從羅湖和德雷珀［10］。重要的工藝參數(shù)它已被證明在前面的章節(jié)中，在根瘤的形成濺射使用的日標(biāo)是在非反應(yīng)性和反應(yīng)濺射過程的主要元素之一。已經(jīng)花了顯著材料工程/開發(fā)努力濺射靶材供應(yīng)商，以消除結(jié)節(jié)增長。然而，它也可以從上面的，除了日標(biāo)方面，工藝參數(shù)，以及適當(dāng)?shù)南嚓P(guān)設(shè)備的使用可能會起到成核和生長的重要作用（率，密度等）的結(jié)節(jié)明顯。下面是重要因素：清潔度的工藝室-I）存在的外來顆粒（如灰塵，片），二）污染物的活性氣態(tài)物種（如擴(kuò)散泵油蒸汽，可憐的基真空，泄漏，污染主要濺射氣體或氣體供應(yīng)線的存在）。清潔過程環(huán)境，以減少結(jié)節(jié)增長的問題。濺射陰極方向（即縱向，橫向）重要的是垂直陰極方向可能最大限度地降低一些日標(biāo)表面度污染（如顆粒，片），以及基板的最佳?；√幚?磁控濺射電源功能-延長結(jié)節(jié)自由運(yùn)作是非常重要的?；‘a(chǎn)生不利影響過程以及陰極表面。使用裝有一個快速和可靠的弧的檢測和淬火電路的電源（如［14］）是減少/消除結(jié)節(jié)增長至關(guān)重要。雙磁控濺射結(jié)合中頻（MF）AC電源已被證明是減少反應(yīng)濺射過程中的電弧事件的有效手段。日標(biāo)表面溫度-在一般核結(jié)節(jié)增強(qiáng)在日標(biāo)表面溫度升高。因此，應(yīng)據(jù)此選擇濺射功率密度和高效的日標(biāo)冷卻需要減少結(jié)節(jié)增長。這一趨勢的一個例外，可能是熱的ITO濺射工藝，如前面提到的。有利于減少結(jié)節(jié)的生長過程的穩(wěn)定性（尤其是在反應(yīng)濺射的情況下）。反應(yīng)濺射過程中，積極的反饋過程控制器（如［15］）是用來保持在“過渡〃地區(qū)的日標(biāo)，除了增加沉積速率，減少電弧放電過程中的敏感性，在操作過程中，因此，結(jié)節(jié)核和生長率。濺射源設(shè)計方面磁控濺射源的設(shè)計可以顯著影響根瘤的生長現(xiàn)象。這主要是涉及到再沉積的相對表面積和“慢〃，結(jié)節(jié)核/成長率往往是最高的濺射區(qū)。濺射表面積的增加導(dǎo)致降低再沉積區(qū)，因此，少結(jié)節(jié)增長。以下三個磁控管設(shè)計（圖8a-C），可以減少增加總?cè)諛?biāo)表面濺射面積結(jié)核增長率：一）高產(chǎn)，II）全臉侵蝕和III）旋轉(zhuǎn)磁控濺射。在減少結(jié)節(jié)增長旋轉(zhuǎn)磁控管提供最佳的性能。下面給出一個簡要介紹每個磁控管類型。圖8）高息〃濺射靶;二）“全臉侵蝕〃濺射靶；C）可旋轉(zhuǎn)濺射靶。圖

片提供Gencoa有限公司高收益-高收益磁陣列（如［16］）是用于平面陰極，以提高利用率一般為25%-35%為標(biāo)準(zhǔn)的兩極磁性45-50%。增強(qiáng)的日標(biāo)是創(chuàng)建使用內(nèi)磁系統(tǒng)的磁極變形和扁平化日標(biāo)表面的磁場結(jié)構(gòu)。全臉，圓形和矩形的形式侵蝕源（如［17］）提供了較高的日標(biāo)使用，45%-60%，由于磁場掃描的性質(zhì)。因此，再沉積的地區(qū)進(jìn)一步降低。旋轉(zhuǎn)Magentrons（如［18］）采用圓柱濺射日標(biāo)和增長日標(biāo)的利用率約80%。壽命顯著增加。在平面陰極再沉積區(qū)幾乎完全消除，這進(jìn)一步增加穩(wěn)定的進(jìn)程，降低電弧和根瘤的形成。最近一個由Medvedovski等文件。報告品質(zhì)優(yōu)良的ITO陶瓷旋轉(zhuǎn)靶材沉積[19]。摘要根瘤的形成/靶材的增長是一個復(fù)雜的現(xiàn)象，在日標(biāo)表面發(fā)生，在一定的濺射沉積過程。這種現(xiàn)象是由多種因素，如濺射靶性質(zhì)和沉積工藝參數(shù)，條件和質(zhì)量一般的影響。敏感進(jìn)程，如ITO薄膜沉積，材料，工藝條件和沉積設(shè)備用于各個方面需要慎重考慮。參考文獻(xiàn)Guenterschulze和WVTollmien，Z物理學(xué)119(1942)685GK韋納研究吸塵器。SCI。TECHNOLo3(1985)1821石橋，Y.符合Higuchi，Y.大田，光村，研究吸塵器。SCI。TECHNOLo一個8(1990)1403[4Lippens，A.塞赫爾斯，J.Haemers，河Gryse，薄固體薄膜317(1998)405北路Nadaud，M.Nanot，P.Boch，J.AM。CERAM。SOC。77(1994)843M.Schlott，M.Kutzner，“基本法〃格曼，N.里格，F(xiàn)JStadermann，SID96DIGEST(1997)1中島光，Y.Kumahara，真空66(2002)221[8奧瑪特，M.北，H,岡田，S.冢，姚松尾，N,小野，H,伊川，薄固體薄膜503(2006)22SH町YM康，JR李，BK劉某，PK宋，韓研究[9]。物理學(xué)。SOC。54(2009)1315CF羅D.德雷珀，研究吸塵器。SCI。TECHNOLo一個16(1998)2418“基本法〃格曼，S.瓊森，T.M.舍雷爾，魯?shù)婪颍琈.R.沃納，