動態(tài)反向脈沖——占空比

作者：Gayatri Rane，AE Customer Solutions Lab

在之前的《實踐出真知，實驗領(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，動態(tài)反向脈沖(DRP)模式可將基底熱負荷降低約12%，從而為SiO2的反應(yīng)濺射提供多項利處，同時可使沉積速率提高10%。DRP模式可減半處理每個磁控管上施加的功率，并與顯式陽極共享脈沖，完全不同于雙極模式中兩個靶標以50/50占空比交替作為陰極和陽極(圖1)的方式。DRP模式保持高占空比，從而使得陽極上的極性僅在短時間內(nèi)反轉(zhuǎn)，約5%至30%足以充分釋放靶電荷積聚。

左右滑動，查看更多

圖1：動態(tài)反向脈沖與雙極脈沖模式

研究表明，等離子體對外擴散越少，對外發(fā)熱量就減少，磁場對電子運動和等離子體的約束可以帶來這樣的影響。在雙極脈沖模式(靶標交替作為陽極和陰極)中，陽極具有磁性，從而使得電子被磁屏蔽，并且只能沿著磁力線到達陽極。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，在動態(tài)反向脈沖模式下，沒有磁場的陽極與靶的磁力線相交，將會有效地收集電子，不會使它們損失到等離子體中，從而不會對基底加熱產(chǎn)生影響1。

關(guān)于動態(tài)反向脈沖模式，占空比和陽極的角色是一個非常有意思的話題。我們研究了不同占空比對工藝和薄膜性能的影響。我們在具有雙旋轉(zhuǎn)靶之間設(shè)置了陽極的工業(yè)桶狀鍍膜機中進行了測試(如圖2所示)。

實驗設(shè)置

使用兩個同步的Advanced Energy AscentSMS/DMS AP電源裝置(每側(cè)運行功率為6 kW(即總計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/陽極的接通時間)。

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電壓調(diào)節(jié)獲得的磁滯曲線。減少陰極上的導(dǎo)通時間即發(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實現(xiàn)曲線中的等效工藝條件(使用箭頭指示過渡區(qū)域中80%的位置)。在這些等效工作點沉積的薄膜產(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)化動態(tài)沉積速率降低(7%)，基底熱負荷增加(3%)(如圖4所示)。

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

請注意：與雙極脈沖模式相比，DRP50模式下的熱負荷較低，而動態(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)實驗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。

如您需進一步了解DRP模式的過程或了解更多有趣的測試和結(jié)果，請繼續(xù)關(guān)注我們！后續(xù)，我們將在發(fā)布的推文中討論陽極相關(guān)的話題。

審核編輯：湯梓紅