Mécanisme et caractéristiques de la pulvérisation cathodique réactive du magnétron

Divers films composés sont de plus en plus utilisés pour le développement de la technologie d'ingénierie moderne, et les films composés représentent environ 70% de tous les matériaux de film. Le film composé peut être fabriqué par divers procédés de dépôt chimique en phase vapeur ou de dépôt physique en phase vapeur. Dans le passé, la plupart des films composés ont été préparés par la méthode CVD. La technologie CVD a maintenant mis au point de nouveaux procédés tels que les CVD améliorés par plasma et les CVD de composés organiques métalliques. Cependant, en raison de la température élevée requise par la méthode CVD, les sources des matériaux sont limitées, et certaines d'entre elles sont toxiques et corrosives pour polluer l'environnement, ce qui limite dans une certaine mesure la production du film composé.

Si l'on utilise la méthode PVD pour produire le film mince diélectrique et le film mince composé, en plus du procédé de pulvérisation cathodique à haute fréquence, le procédé de pulvérisation cathodique réactive peut également être utilisé. C'est-à-dire que, dans le procédé de revêtement par pulvérisation cathodique, certains gaz réactifs actifs sont introduits artificiellement et réagissent avec des substances cibles pulvérisées, puis se déposent sur le substrat pour obtenir le film dans différentes substances cibles. Par exemple, l'oxyde est obtenu par pulvérisation cathodique dans O2, le nitrure est obtenu dans N2 ou NH3, l'oxynitrure est obtenu dans un gaz mixte O2 + N2, le carbure est obtenu dans C2H2 ou CH4, le siliciure est obtenu dans silane et Le fluorure est obtenu en HF ou CF4, etc. A l'heure actuelle, à partir de la demande de production à grande échelle de couches minces composées à l'échelle industrielle, la technologie de dépôt par pulvérisation magnétron réactive présente des avantages évidents.

1. Le mécanisme de pulvérisation cathodique réactive

Le processus de pulvérisation cathodique est représenté sur la figure 1. Les gaz réactionnels typiques comprennent l'oxygène, l'azote, le méthane, l'acétylène, le monoxyde de carbone, etc. Pendant le processus de pulvérisation, le processus de réaction peut avoir lieu sur le substrat ou sur la cathode. il migre en tant que composé sur le substrat) en fonction de la pression du gaz de réaction. Si la pression du gaz de réaction est élevée, il est possible de réagir sur la cible de pulvérisation cathodique puis de migrer en tant que composé sur le substrat pour former un film. Dans des circonstances normales, la pression de la pulvérisation cathodique réactive est relativement faible, de sorte que la réaction en phase gazeuse n'est pas significative et elle est principalement réalisée en tant que réaction en phase solide sur la surface du substrat. Habituellement, le courant élevé circulant dans le plasma peut efficacement favoriser la décomposition, l'excitation et l'ionisation des molécules de gaz réactif. Pendant le processus de pulvérisation cathodique réactive, un puissant flux de particules composées d'atomes libres chargés d'énergie est généré, et il s'écoule de la cible cathodique au substrat les atomes cibles pulvérisés, surmontant l'énergie de seuil d'activation de la diffusion de film mince sur le substrat. pour produire les films composés.

Fig 1. Schéma de principe de la pulvérisation cathodique réactive

2. Les caractéristiques de la pulvérisation cathodique réactive

La pulvérisation cathodique par magnétron réactif se réfère à l'alimentation en gaz de réaction pour réagir avec les particules pulvérisées pendant la pulvérisation pour former un film mince composé. Il peut réagir avec un gaz réactif alors que la cible composée est pulvérisé . Il peut également réagir avec un gaz de réaction pendant que la cible de métal ou d'alliage est pulvérisée pour produire un composé avec une composition chimique prédéterminée. La pulvérisation cathodique réactive du magnétron de films minces composés est caractérisée par:

◆ Une haute pureté peut facilement être obtenue à partir de matériaux cibles (cibles mono-élément ou cibles multi-éléments) et de gaz réactifs utilisés pour la pulvérisation cathodique du magnétron réactif, et donc avantageux pour la préparation de films minces composés de haute pureté.

◆ Dans la pulvérisation cathodique du magnétron réactif, en ajustant les paramètres du processus de dépôt, on peut produire le film composite ayant des proportions stoechiométriques ou non stoechiométriques, afin de réguler les propriétés du film en ajustant la composition du film.

◆ Pendant le dépôt par pulvérisation magnétron réactive, la température du substrat n'est généralement pas trop élevée. En outre, le procédé de formation de film ne nécessite habituellement pas un chauffage à très haute température du substrat, de sorte qu'il y a moins de restriction sur le matériau de substrat.

◆ La pulvérisation cathodique à magnétron réactif convient à la production de films minces uniformes de grande surface et permet d'obtenir la production industrielle d'une seule machine avec une production annuelle de millions de mètres carrés de revêtement.