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高性能磁控溅射靶枪的设计

作　者: 张喜凤
导　师: 马剑平
学　校: 西安理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 磁控溅射靶枪设计磁场有限元分析
分类号: TN305.92
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 239次
引　用: 3次
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内容摘要

自从20世纪70年代早期磁控溅射技术诞生以来,磁控溅射技术在高速率沉积金属、半导体和介质薄膜方面已取得了巨大的进步。在磁控溅射生产过程中特别关注靶材利用率、沉积速率以及溅射过程稳定性等方面的问题,解决这些问题根本在于整个系统的优化设计,而靶的设计则是其中的关键环节。国外在靶的分析和设计方面优势明显,已经实现专业化和产业化;国内针对该方面的研究还比较少,企业也基本处于购买和仿制阶段,因此对于相关问题的研究将具有重要的学术和实践价值。本文主要讨论以下几个方面的问题:1.研究现有的磁控溅射镀膜的相关理论和实验中经常遇到的问题,讨论了靶材刻蚀不均匀、薄膜沉积速率较低和均匀性不好等问题,提出了相应的解决思路和方法,即可根据电磁场的分布来判断设计结构是否合理。2.通过磁场的有限元模拟,系统分析了磁轭、内外磁极高度差、导磁片等结构设计及参数设置对靶面磁场分布的影响。根据模拟结果,有针对性的调节各个结构参数,从不同角度优化靶面磁场分布,最终通过调整导磁片和内外磁极高度差实现了结构的优化,获得了比较理想的磁场分布。3.讨论了设计靶枪时需考虑的其他因素(包括热耗、电绝缘和接触、以及地屏蔽等),设计出了具有实用性的靶枪。4.设计了用于检验所设计靶枪性能的验证性实验,测试了靶枪的辉光放电特性曲线及靶材刻蚀形貌等性能。经实验证实了所设计的靶枪可以进行镀膜,并且具有较好的薄膜沉积速率和靶材利用率。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-7
1 引言  7-17
  1.1 课题意义和目的  7
  1.2 背景  7-15
    1.2.1 磁控溅射  7-10
    1.2.2 靶设计国内外发展状况  10-14
    1.2.3 靶分析和设计的通行方法  14-15
  1.3 论文思路方法  15
  1.4 论文各部分的主要内容  15-17
2 平面磁控溅射基本原理及常见问题  17-35
  2.1 溅射原理  17-22
    2.1.1 辉光放电  17-21
    2.1.2 溅射参数  21-22
  2.2 溅射镀膜类型  22-26
    2.2.1 直流溅射  22-23
    2.2.2 射频溅射  23-24
    2.2.3 磁控溅射  24-26
  2.3 磁控溅射常见问题分析  26-32
    2.3.1 常见问题分析  27
    2.3.2 问题的理论解释  27-32
  2.4 磁控靶枪阴极面磁路的研究  32-35
3 靶结构中磁场的模拟计算及设计  35-49
  3.1 靶面磁场的分布的影响因素  35-45
    3.1.1 磁场分布与靶材刻蚀的关系  35
    3.1.2 磁场分布的均匀性  35-37
    3.1.3 磁轭  37-38
    3.1.4 内外磁极高度差  38-39
    3.1.5 导磁片结构  39-40
    3.1.6 冷却井(背板)厚度  40-42
    3.1.7 优化结构  42-45
  3.2 靶枪总体结构的设计  45-47
    3.2.1 设计靶枪的主要考虑因素  45-46
    3.2.2 靶枪设计的实际结构  46-47
  3.3 本章小结  47-49
4 靶验证实验  49-55
  4.1 磁控溅射装置介绍  49-50
  4.2 测试样品的制备  50-52
    4.2.1 靶枪的安装  50-51
    4.2.2 基片的清洗  51-52
  4.3 性能测试  52-54
    4.3.1 辉光放电的测试  52-53
    4.3.2 靶材的刻蚀形貌  53-54
  4.4 本章小结  54-55
5 结论  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-59
攻读硕士期间所发表的论文  59

高性能磁控溅射靶枪的设计

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