動(dòng)態(tài)反向脈沖——占空比

作者：Gayatri Rane，AE Customer Solutions Lab

在之前的《實(shí)踐出真知，實(shí)驗(yàn)領(lǐng)創(chuàng)新》推文中，我們探討了與傳統(tǒng)的雙極脈沖(BP)雙磁控濺射相比，動(dòng)態(tài)反向脈沖(DRP)模式可將基底熱負(fù)荷降低約12%，從而為SiO2的反應(yīng)濺射提供多項(xiàng)利處，同時(shí)可使沉積速率提高10%。DRP模式可減半處理每個(gè)磁控管上施加的功率，并與顯式陽(yáng)極共享脈沖，完全不同于雙極模式中兩個(gè)靶標(biāo)以50/50占空比交替作為陰極和陽(yáng)極(圖1)的方式。DRP模式保持高占空比，從而使得陽(yáng)極上的極性僅在短時(shí)間內(nèi)反轉(zhuǎn)，約5%至30%足以充分釋放靶電荷積聚。

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圖1：動(dòng)態(tài)反向脈沖與雙極脈沖模式

研究表明，等離子體對(duì)外擴(kuò)散越少，對(duì)外發(fā)熱量就減少，磁場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)和等離子體的約束可以帶來(lái)這樣的影響。在雙極脈沖模式(靶標(biāo)交替作為陽(yáng)極和陰極)中，陽(yáng)極具有磁性，從而使得電子被磁屏蔽，并且只能沿著磁力線到達(dá)陽(yáng)極。因此，從陰極發(fā)射的二次電子集中在陰極附近，從而增加基底前端的等離子體密度。相反，在動(dòng)態(tài)反向脈沖模式下，沒(méi)有磁場(chǎng)的陽(yáng)極與靶的磁力線相交，將會(huì)有效地收集電子，不會(huì)使它們損失到等離子體中，從而不會(huì)對(duì)基底加熱產(chǎn)生影響1。

關(guān)于動(dòng)態(tài)反向脈沖模式，占空比和陽(yáng)極的角色是一個(gè)非常有意思的話題。我們研究了不同占空比對(duì)工藝和薄膜性能的影響。我們?cè)诰哂须p旋轉(zhuǎn)靶之間設(shè)置了陽(yáng)極的工業(yè)桶狀鍍膜機(jī)中進(jìn)行了測(cè)試(如圖2所示)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置

使用兩個(gè)同步的Advanced Energy AscentSMS/DMS AP電源裝置(每側(cè)運(yùn)行功率為6 kW(即總計(jì)12 kW)，脈沖頻率為80 kHz)，在Ar/O2環(huán)境中用Si靶沉積200 nm SiO2膜，其中，采用80/20、70/30、60/40和50/50的占空比(即陰極/陽(yáng)極的接通時(shí)間)。

圖3：(上)電壓調(diào)節(jié)模式(適用于不同占空比下具有DRP配置的Si反應(yīng)濺射)下獲得的磁滯曲線。(下)DRP模式下具有不同占空比的薄膜沉積的放電電壓/電流。

圖3(上)顯示在不同占空比下通過(guò)電壓調(diào)節(jié)獲得的磁滯曲線。減少陰極上的導(dǎo)通時(shí)間即發(fā)生向更高電壓(更低電流)的磁滯曲線偏移。有益的是，需要較低的氧氣流來(lái)實(shí)現(xiàn)曲線中的等效工藝條件(使用箭頭指示過(guò)渡區(qū)域中80%的位置)。在這些等效工作點(diǎn)沉積的薄膜產(chǎn)生相似的折射率和組成。但是，隨著占空比的降低，功率常態(tài)化動(dòng)態(tài)沉積速率降低(7%)，基底熱負(fù)荷增加(3%)(如圖4所示)。

圖4 ：作為動(dòng)態(tài)反向脈沖占空比函數(shù)的200nmSiO2膜性質(zhì)

請(qǐng)注意：與雙極脈沖模式相比，DRP50模式下的熱負(fù)荷較低，而動(dòng)態(tài)沉積速率較高(如我們先前的推文中所討論的)。但是，隨著占空比降低，薄膜變得更光滑，表面粗糙度變平并變大(如圖5 AFM圖像所示)。

圖5 ：動(dòng)態(tài)反向脈沖模式中以不同占空比沉積的SiO2膜的AFM圖像(頂部為拉伸z尺度，底部為非扭曲z尺度)。

總而言之，相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明改變占空比可以讓工藝工程師優(yōu)化沉積條件和薄膜性能。

如您需進(jìn)一步了解DRP模式的過(guò)程或了解更多有趣的測(cè)試和結(jié)果，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注我們！后續(xù)，我們將在發(fā)布的推文中討論陽(yáng)極相關(guān)的話題。

審核編輯：湯梓紅