PENGENDAPAN UAP SECARA FISIKA(Tugas Mata Kuliah Teknologi Lapisan Tipis)

Oleh

Putri Hanifah Liani1017041008Anisa Nurdina1017041020Vera Prawestiana1017041044Aventus Pande S0917041022

JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG2013

PENGENDAPAN UAP SECARA FISIKA

3.1. PengenalanPembahasan pada bab ini adalah sputtering dan penguapan. Tujuan dari proses pengendapan untuk mengontrol pertukaran atom-atom dari sumber ke substrat dimana terjadi pembentukan lapisan dan proses pertumbuhan atom. Pada penguapan, atom dihilangkan dari sumber dengan metode termal. Pada sputtering, atom dihilangkan dari permukaan sumber melalui tumbukan ion-ion gas.Bab ini terbagi menjadi bagian-bagian seperti berikut :a. Penguapan secara fisika dan kimiab. Keseragaman ketebalandan kemurnianlapisan c. Alat teknik penguapand. Pelepasan glow dan plasmae. Sputteringf. Proses sputteringg. Proses hibrid dan modifikasi PVD

3.2 Pengendapan Uap Secara Fisika dan Kimia3.2.1 Penguapan rata-rataUpaya awal untuk kuantitas fenomena penguapan ini telah dihubungkan dengan Hetz, Knudsen, dan kemudian Langmuir. Hertz menyimpulkan bahwa sebuah cairan yang mempunyai sifat khusus untuk menguap ketika diberikan perlakuan termal. e =

Dengan eadalah flux penguapan dalam atom per satuan area per satuan waktu. adalah koefisien penguapan, Pe adalah tekanan penguapan dan Ph adalah tekanan hidrostatik, M adalah konsentrasi cairan, R adalah konstanta gas universal 8,315 J/mol K, dan T adalah suhu.

3.2.2 Tekanan Uap pada UnsurPersamaan Clausiuss-Clapeyron, tekanan uap padatan-uap dan cair-uap

Gambar 3.1 Tekanan uap dari setiap unsur, Titik-titik menunjukkan titik lebur

Data tekanan uap untuk masing-masing logam pada fungsi temperatur ditunjukkan pada gambar 3.1. Sedangkan tekanan uap dari unsur-unsur semikonduktor ditunjukkan pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Tekanan uap dai unsur yang bersifat semikonduktor. Titik-titik tersebut menunjukkan titik leburnya.

Sebagian besar logam masuk kedalam kategori efektif pada pengendapan lapisan yangdicapaihanya ketikasumberdipanaskanke dalamfase cair. Pada unsur-unsur lain seperti Cr, Ti, Mo, Fe dan Si mencapai tekanan uap yang cukup tinggi di bawah titik leleh. Misalnya, Cr dapat secara efektif disimpan pada tingkat tinggi dari sumber metal yang solid karena mencapai tekanan uap 10-2 torr sekitar 500 oC di bawah titik lebur. karbon yang digunakan untuk mempersiapkan merespon topografi permukaan bahan untuk pemeriksaan berikutnya dalam mikroskop elektron. karbon tersebut menyublim dari busur ditembakkan diantara elektroda grafit.

3.2.3. Penguapan oleh senyawaSedangkan logam dasarnya menguap sebagai atom dan kadang-kadang sebagai kelompok atom, yang sama tidak berlaku untuk senyawa. Sangat sedikit senyawa anorganik menguap tanpa perubahan molekuler dan oleh karena itu komposisi uap biasanya berbeda dari sumber padat atau cair asli, konsekuensi dari ini adalah bahwa stoikiometri disimpannya film yang umumnya akan berbeda dari sumbernya. Studi spektroskopi massa untuk fasa uap telah menunjukkan bahwa proses asosiasi molekuler serta peruraian sering terjadi. rentang Brade gejala penguapan dalam senyawa terjadi dan ini dikategorikan secara singkat pada Tabel 3.1

3.2.4 Penguapan untuk campuran logamPenguapan lapisanpaduanlogamsecara luas digunakanuntuk berbagaiaplikasi elektronik, magnetik, danoptik sertauntuk tujuanlapisan dekoratif. Contoh pentingdaripaduan termasukAl-Cu, Permalloy(Fe-Ni), nichrome(NI-Cr), danCo-Cr. Atom dalamlogampaduantersebutumumnya kurangterikat eratdari atomdalamsenyawa anorganiktelah dibahas sebelumnya. konstituendaripaduan, oleh karena itupenguapan terjadi bebas sendiri-sendiri danmemasuki faseuapsebagaiatom tunggalsecaraparalel denganperilakulogam murni. Titik leleh logam telah diatur oleh hukumtermodinamika.

3.3 Keseragaman ketebalan dan kemurnian lapisan 3.3.1 Deposisi Geometri

Gambar 3.3 Penguapan dari (a) sumber titik (b) sumber permukaan

Penguapandari sumber titikadalah yang paling sederhanadarisituasiuntuk model yang ditunjukkan pada gambar 3.3 a. Sebuah sumberpenguapandigunakan dalampenelitian perintisolehKnudsenmemanfaatkansebuah ruang tertutupisotermaldenganpembukaan yang sangatkecildi manaatomatau molekulpenguapaneffused. Penguapandari daerahkecil atausumberpermukaanisalsodimodelkanolehgambar3.3b. FilamenBoatdancawan leburlebaryang berisisebuah kolambahancairyang akanmenguapsumberpermukaanperkiraandalam prakteknya.

3.3.2 Keseragaman ketebalan lapisan

Sambil mempertahankanketebalanfilm tipiskeseragamanselalu diinginkan, tetapi belum tentudibutuhkan. Hal inisangat pentinguntuk aplikasicoatingmikroelektronikdanoptik. pemanfaatanformulayang dikembangkandalam bagian sebelumnya, kita dapat menghitungdistribusiketebalanuntuk berbagaipentinggeometrisumbersubstrat. Perhatikanpenguapandari titikdansumberpermukaankecil keparallea, bidangyang menerimapermukaansubstratseperti yang ditunjukkandalamGambar.3-5.

Gambar 3.5 Penguapandari titikdansumberpermukaankecil keparallea, bidangyang menerimapermukaansubstrat

3.3.3 Cakupan yang luas dariconformalMasalahcakupan langkahtelah terbuktiberhubungan denganprofildarilangkahsubstratsertasumberpenguapan-geometrisubstrat. Modelpaling sederhanadaripenguapandari sumber titikkehasilsubstracemelangkahbaikconformalcovarageatau kurangnyapengendapan diiamelangkahbayangan, seperti yang ditunjukkansecara skematispada gambar3-6.

Gambar 3.6. Modelpaling sederhanadaripenguapandari sumber titikkehasilsubstrace

3.3.4 Kemurnian Lapisan

Kemurniankimia filmpenguapantergantung pada sifatdan tingkatkotoran yang(1) yangawalnya hadirdalam sumber, (2) mencemarisumberdari bahanpemanas, wadah, atau dukungan, dan(3) berasaldari gassisahadirdalam sistemvakum. Pada bagian inihanya efekdarigassisa padakemurnianfilm yangakan dibahas. Selamadeposisiatomdan molekuldari keduaevaporantdangassisamenimpa padayhesubstratsecara paralel, peristiwa bebas.

Tabel 3.2 Konsentrasi maksimum oksigen pada lapisan tipis yang disimpan pada suhu ruanganPO2 (torr)Laju penyimpanan

1101001000

10-910-310-410-510-5

10-710-110-210-310-4

10-510110-110-2

10-3103102101

Laju penyimpanan secara khusus besarnya lebih dari kekurangan orde magnetudo dan tekanan ruang lima orde magnetudo lebih tinggi dibandingkan penguapan. Oleh karena itu, potensial ada untuk memproduksi lapisan meliputi konsentrasi gas yang tinggi. Untuk alasan ini, pelapisan secara tradisional tidak dianggap sebagai proses yang bersih pada penguapan. Kemajuan yang cukup besar telah dibuat pada dua dekade terakhir, namun dengan pengembangan komersial laju penyimpanan tinggi pada sistem pelapisan, operasi pada tekanan gas agak lebih kecil pada sistem cleaner vacuum. Pada kasus lapisan alumunium, perbandingan kemurnian diperoleh pada kedua sistem.Pada Tabel 3.2 mengacu pada penggabungan oksigen yang sangat tinggi yang terjadi pada tekanan gas residu 10-3 torr. Keuntungan dari fakta ini adalah pada proses penguapan reaktif yang secara intensif memperkenalkan gas yang berfungsi untuk mempromosikan reaksi dengan penguap logam dan mengontrol simpanan stoikoimetri.Kemurnian tekanan gas dengan lapisan metal terkadang memiliki efek yang jelas pada penurunan sifat. Penggabungan oksigen dan nitrogen menurunkan konduktivitas listrik dan reflektifitas optik sebaik meningkatkan kekerasan oleh lapisan Al.

Perangkat Keras Penguapan dan Teknik Penguapan Sumber penguapan tahan panas.Secara jelas, pemanas harus mencapai suhu penguapan ketika memiliki tekanan uap yang tidak berarti sebagai pembanding. Idealnya tekanan tersebut tidak terkontaminasi, bereaksi atau membentuk paduan dengan penguap atau melepaskan gas seperti oksigen, nitrogen atau hidrogen pada suhu penguapan.Sumber penguapan tahan panas memiliki berbagai bentuk memanfaatkan logam tahan api tunggal atau dalam kombinasi oksida inert atau cawan lebur senyawa organik. Sumber kawat tungsten.Sumber kawat tungsten dalam bentuk jalinan kawat tunggal atau banyak menjadi bentuk spiral atau kerucut. Lilitan spiral digunakan pada logam sedangkan bentuk kerucut lebih baik untuk mengurangi bahan menjadi basah. Penguap logam dililiti atau digantungkan kawat tungsten dan manik-manik cair metal ditahan oleh gaya tegangan permukaan.

Sumber lembaran logam refraktoriSumber lembaran logam tungsten, tantalum dan molibdenum sama seperti kawat filamen yang membutuhkan tegangan rendah, sumber tenaga yang tinggi. Sumber ini memiliki beragam bentuk meliputi konfigurasi strip berlekuk, perahu, dan deep-folded.Sumber lipatan perahu digunakan untuk menguapkan MgF2 menggunakan garam dan mencairkannya untuk penguapan. Campuran bubuk logam dan logam oksida digunakan untuk melapisi opthalmic melalui penguapan dari lipatan dalam perahu pada sejumlah tipe penguapan. Tungku Subli masi.Efisiensi penguapan sulfida, selenida dan beberapa oksida dilakukan di tungku sublimasi. Penguapan serbuk material adalah dengan tekanan dan sitering hingga menjadi pelet dan dipanaskan dengan meradiasikan panas di sekeliling bahan material. Masukan dan keluaran partikel yang disebabkan oleh perubahan gas. Sumber percobaan.Sumber yang paling biasa digunakan adalah cangkir silinder yang terdiri dari oksida, pyrolitic BN, grafit dan logam tahan panas yang diproduksi menggunakan metode hot-press powder atau mesin bar saham. Percobaan ini normalnya dipanaskan oleh kawat tungsten luar yang memanaskan elemen pemanas luka di sekitar mereka.Sumber percobaan lainnya bergantung pada induksi frekuensi tinggi dibandingkan tahanan panas. Dalam konfigurasi menyerupai sebuah transformator, arus frekuensi tinggi yang diinduksi baik dalam wadah melakukan atau biaya evaporant berfungsi sebagai sekunder, sehingga menghasilkan pemanasan. Tenaga utama adalah kumparan pipa tembaga pendingin air yang mengelilingi wadah tersebut. Penguapan alumunium dari wadah komposit BN atau BN/TiB2 sehingga dilogamkan menjadi sirkuit yang penting sebagai contoh penggunaan untuk memperkenalkan panas.Kategori lain dari sumber wadah terdiri dari kawat tungsten tahan panas dalam bentuk keranjang kerucut yang terbungkuss dalam Al2O3 atau oksida tahan panas ke dalam bentuk pemasangan wadah panas. cawan lebur sering digunakan sebagai sumber evaporant dalam skala laboratorium sistem penyimpanan lapisan. Penguapan pancaran elektron Kerugian dari sumber penguapan tahan panas adalah adanya kontaminasi wadah, pemanasan dan support material dan batasan relatifitas masukan tenaga rendah. Hal ini membuat kesulitan untuk menghasilkan lapisan murni atau penguapan titik didih tinggi suatu material. Pemanasan pancaran elektron mengurangi kerugian ini sehingga digunakan pada teknik penguapan di ruang vakum untuk preparasi lapisan tipis yang memiliki kemurnian yang tinggi. Prinsipnya sumber dengan tipe ini menghasilkan penguapan secara virtual untuk semua bahan magterial pada rentang yang berbeda.

Interaksi yang terjadi skematis diperlihatkan pada Gambar. 3-16. Masing-masing tergantung pada jenis ion (massa, muatan), sifat atom permukaan yang terlibat, dan yang penting. Pada energi ion. Beberapa ada interaksi yang telah dikapitalisasi pada saat di digunakan secara luas pengolahan film tipis, deposisi, dan teknik karakterisasi. contoh, implantasi ion melibatkan penguburan ion di bawah permukaan target. Implantasi ion dopan seperti B, P, As ke Si wafer pada energi ion mulai dari puluhan hingga 100 keV sangat penting dalam pembuatan perangkat dalam skala yang sangat besar yang terintegrasi (VLSI) sirkuit. Energi lebih tinggi yang digunakan untuk implan dopan ke GaAs matriks. Fluks ion, saat tumbukan, dan energi yang harus tepat dikontrol untuk menghasilkan tingkat doping yang diinginkan dan profil. Sebaliknya, teknik spektroskopi ion-hamburan mengharuskan ion peristiwa akan dipancarkan kembali untuk pengukuran kehilangan energi. Hamburan balik Rutherford (RBS) yang paling penting dari metode analisis dan biasanya bergantung ion 2-MeV Dia +. Melalui pengukuran intensitas sinyal ion yang tersebar, sangat mungkin untuk menyimpulkan ketebalan dan komposisi film serta lapisan di bawah permukaan senyawa. Mata kuliah ini diperlakukan secara panjang lebar dalam Bab 6 elektron sekunder serta produk inti elektron eksitasi-Auger elektron. X-ray, dll-juga merupakan bagian dari pelengkap partikel dan radiasi meninggalkan permukaan.3.6.2 Sputer YieldKetika dampak ion menetapkan peristiwa panjang tabrakan dalam target yang mengarah ke pengusiran atom matriks , kita berbicara tentang sputtering . Sebuah badan mengesankan sastra telah diterbitkan menunjukkan bahwa sputtering berhubungan dengan transfer momentum dari partikel energik dengan atom permukaan target . Sputtering, oleh karena itu, telah tepat disamakan dengan " kolam renang atom " di mana pada ( bola ) memecah rak -padat atom ( bola bilyar ) , hamburan beberapa mundur ( ke arah pemain ) . Meskipun atom yang solid terikat satu sama lain dengan potensi interatomik yang kompleks , sedangkan bola bilyar tidak berinteraksi , teori sputtering menggunakan ide tabrakan biner elastis . Ekspresi teoritis untuk yield S , yang paling mendasar parameter karakterisasi sputtering , termasuk fungsi transfer energi diperkenalkan sebelumnya . Hasil ini di didefinisikan sebagai jumlah atom atau molekul yang dikeluarkan dari permukaan target per ion insiden dan merupakan ukuran efisiensi sputtering .1. Secara intuitif kita harapkan S untuk menjadi sebanding dengan produk dari faktor-faktor berikut ( ref. 19 ) :1. Jumlah atom berpindah ke permukaan tabrakan primer. Istilah ini diberikan oleh E 2 Et , di mana E adalah energi rata-rata target atom dan Et adalah energi ambang yang dibutuhkan untuk menggantikan atom . Faktor dari 2 diperlukan karena hanya setengah dari atom pengungsi bergerak ke arah permukaan . Kuantitas E dapat diambil sebagai rata-rata E2 , energi kinetik ditransfer ke atom target , dan Et , yaitu , i.e., , dimana

2. Jumlah lapisan atom yang mengandung atom-atom ini dan berkontribusi untuk sputtering . Statistik menunjukkan bahwa jumlah tabrakan yang diperlukan untuk memperlambat atom energi E ke Eb , pengikatan energi permukaan , adalah ( 3-27 )Dengan model tidak teratur , jumlah rata-rata kontribusi lapisan atom adalah 1 + N1 / 2 .

3. Jumlah atom target per satuan luas nA .4. Penampang 0 = 2 , di mana berhubungan dengan radius Bohr dari atom b , dan nomor atom Z1 , Z2 insiden ion dan atom masing-masing , yaitu , menggabungkan istilah memberikan Sebagai contoh perhatikan sputtering dari Cu dengan ion-1 keV Ar. Nilai dihitung dari S akan sangat bergantung pada Et, dan atas peristiwa Ar eksperimen Cu menunjukkan bahwa Et = 17 eV. Untuk Cu, M2 = 63,5, Z2 = 29, b = 1,17 , nA = 1.93 x 1015 atoms/cm2, dan Eb = 3,5 ev. Untuk Ar, M1 = 39,9 dan Z1 = 18. Pergantian menunjukkan bahwa E = 483 eV dan S = 1,3. nilai yang dihitung ini membandingkan dengan hasil sputter diukur dari 2,85, seperti yang ditunjukkan oleh data tabel 3-4.Teori yang berlaku saat ini untuk hasil sputtering dari tabrakan terjun adalah karena Sigmund (Ref. 20) dan memprediksi bahwa(3-29)

Tabel 3-4. Data hasil pemercikan untuk logam (atom / ion)Pemercikan energi gas (keV)He 0.5Ne 0.5Ar0.5Kr0.5Xe0.5Ar1.0Tegangan ar batas (eV)

dan(3-30)Persamaan-persamaan ini tergantung pada dua kuantitas yang kompleks, dan Sn (E). dengan parameter, ukuran efisiensi transfer momentum dalam tumbukan, meningkatkan monoton 0,17-1,4 sebagai M1/M2 berkisar dari 0,1 sampai 10. Mengurangi daya berhenti, Sn (E), adalah ukuran dari kehilangan energi per satuan panjang akibat tabrakan nuklir. Ini adalah fungsi dari energi serta massa dan nomor atom dari atom yang terlibat. Pada energi tinggi, S relatif konstan karena Sn (E) cenderung mandiri energi.Hasil pengelolaan sputter untuk sejumlah logam yang dimasukkan dalam Tabel 3-4. Nilai untuk dua energi yang berbeda 90,5 keV dan 1,0 keV) serta lima gas inert yang berbeda (He, Ne, Ar, Kr dan Xe) terdaftar. Hal ini jelas bahwa nilai-nilai S biasanya rentang kisaran 0,01-4 dan meningkatkan dengan massa dan energi dari pemercikan gas.3.6.3. Pemercikan paduan

Berbeda dengan fraksinasi paduan meleleh selama proses penguapan, dengan hilangnya selanjutnya endapan stoikiometri. Pemercikan memungkinkan untuk deposisi film memiliki komposisi yang sama sebagai sumber sasaran. Ini adalah alasan utama untuk penggunaan secara luas pemercikan untuk menyimpan film paduan logam. Kami mencatat, bagaimanapun, bahwa setiap komponen paduan menguap dengan tekanan uap yang berbeda dan berdesis dengan hasil yang berbeda. Mengapa kemudian stoikiometri film dipertahankan selama pemercikan dan tidak selama penguapan? Salah satu alasannya adalah perbedaan umumnya jauh lebih besar dalam tekanan uap dibandingkan dengan perbedaan dalam hasil sputter dalam kondisi deposisi sebanding. Kedua, dan mungkin lebih signifikan, meleleh menghomogenkan mudah karena cepat penyebaran atom dan konveksi efek dalam fase cair, selama pemercikan, bagaimanapun, minimal penyebaran solid-state memungkinkan pemeliharaan komposisi permukaan yang diperlukan diubah sasaran.Pertimbangkan sekarang pemercikan efek (Ref. 5) pada paduan permukaan target biner berisi sejumlah atom A (nA) dan atom B (nB), sehingga jumlah total n = nA + nB. konsentrasi sasaran adalah CA = nA / n dan CB = nB / n, dengan hasil sputter SA dan SB. awalnya, rasio fluks atom sputtered () diberikan oleh(3-31)Jika atom gas pemercikan ng menimpa pada target, jumlah A dan atom b dikeluarkan adalah ngCASA dan ngCBSB, masing-masing. Oleh karena itu, rasio konsentrasi permukaan target dimodifikasi untuk(3-32)Alih-alih CA / CB. jika SA> SB, permukaan diperkaya dalam atom B, yang kini mulai sputter dalam erjadinya yang lebih besar, yaitu,(3-33)Perubahan progresif dalam komposisi permukaan target mengubah rasio fluks sputtered ke titik di mana itu adalah sama dengan CA / CB, yang sama dengan komposisi target awal. Bersamaan dengan itu, permukaan target mencapai nilai C'A / C'B = CASB / CBSA, yang dipertahankan setelahnya. Transfer steady-state dari atom dari target massal untuk plasma terjadi kemudian, sehingga deposisi film stoikiometri. Keadaan ini berlanjut sampai target yang dikonsumsi. Pengkondisian target dengan pemercikan beberapa ratus lapisan yang diperlukan untuk mencapai kondisi steady-state. Sebagai contoh exlicit, mempertimbangkan pengendapan paduan perm film yang memiliki rasio 80 atom Ni-20 Fe dari target komposisi yang sama ini. Untuk 1-keV Ar, hasil sputter adalah SNI = 2,2 dan SFE = 1.3. komposisi permukaan target diubah dalam kondisi mapan untuk C'Ni / C'fe = 80 (1.3) / 20 (2,2) = 2.36, yang setara dengan 70,2 Ni dan Fe 29,8.3.6.4. Sejarah termal dari substrat (Ref. 21)

Salah satu isu penting yang terkait dengan sputtering adalah kenaikan suhu dalam substrat selama deposisi film. Atom sputtered yang menimpa pada substrat jauh lebih energik daripada atom sejenis yang berasal dari sumber penguapan. Selama pengembunan, energi ini harus disebarkan oleh substrat, atau yang lain itu mungkin panas berlebihan, sehingga merugikan kualitas film disimpan. Untuk menjawab pertanyaan tentang substrat pemanasan, kita mulai dengan persamaan yang menggambarkan keseimbangan kekuatan panas, yaitu,(3-34)Istilah di sebelah kiri adalah energi panas bersih per satuan luas per satuan waktu dalam satuan khas Watt/cm2) ditahan oleh substrat yang densitasnya, kapasitas panas, ketebalan efektif, dan laju kenaikan suhu yang diberikan oleh , c, d , dan dT / dt, masing-masing.Peristiwa listrik fluks P memiliki tiga komponen penting:1. Panas kondensasi atom, He (eV / atom).2. Energi kinetik rata-rata dari peristiwa adatoms, Ek (eV / atom).3. Pemanasan plasma dari membombardir netral dan elektron. Energi plasma diasumsikan Ep (eV / atom).Tabel 3-5 berisi nilai untuk tiga energi ini selama magnetron sputtering pada 1 keV (Ref. 22). Untuk d laju deposisi ( / menit),(3-35)Dimana adalah volume atom kondensat dalam cm3/atom. Istilah L merupakan kehilangan panas kepada pemegang substrat dengan konduksi atau ke permukaan dingin di ruang oleh radiasi. Untuk saat ini, mari kita mengabaikan L dan menghitung kenaikan suhu substrat termal terisolasi. Mengganti Eq. 3-35 ke eq. 3-34 dan mengintegrasikan, kita memperoleh(3-36)Pertimbangkan Al disimpan pada tingkat 10.000 / menit pada Si wafer 0,050 cm. Untuk al, He + Ek + Ep = 13 eV / atom dan = 16 x 10-24Tabel 3-5. energi terkait dengan magnetron sputteringlogamPanas Kondensasi (eV / atom)Energi kinetik atom sputtered (eV / atom)Plasma (eV / atom)Perkiraan fluks (eV / atom)Diukur fluks (eV / atom)

Cm3 atom, dan Si, = 2,3 g/cm3 dan c = 0,7 J / g-oC. dalam penyetoran film 1 pM tebal, t = 60 detik, dan kenaikan suhu substrat dihitung menjadi 162 oC. tingkat deposisi yang lebih tinggi dan substrat adalah massa termal yang lebih kecil akan menghasilkan suhu yang lebih tinggi secara proporsional.

Suhu tidak akan mencapai nilai-nilai diprediksi oleh eq. 3-36 karena L. untuk kemudahan kita hanya mempertimbangkan kehilangan panas oleh radiasi. Jika bagian depan dan belakang permukaan substrat menyebar ke identik tenggelam suhu pada T0 dengan sama pancaran , maka L = 2 (T4 - T04), di mana , Stefan-Boltzmann konstan, sama dengan 5,67 x 10-12 W/cm2-K4 . Pergantian dalam Pers. 3-34 dan integrasi langsung, setelah pemisahan variabel, hasil(3-37)Dimana

Gambar 3-17. respon suhu-time untuk kombinasi film substrat di bawah pengaruh fluks daya 250 mW/cm2. Laju deposisi ~ 1m/min. (Dicetak ulang dengan izin dari Cowan Publishing Co, dari LT Lamont, Teknologi solid state 22 (9), 107, 1979).

Persamaan 3-37 mengungkapkan waktu yang dibutuhkan untuk substrat untuk mencapai suhu T mulai dari T0, dengan asumsi pendinginan radiasi. Untuk waktu yang singkat Eq. 3-36 berlaku, sedangkan untuk waktu yang lebih lama suhu menyeimbangkan pancaran. Sputter deposisi untuk sebagian besar bahan pada tingkat yang relatif tinggi 1m/min menghasilkan substrat daya fluks khas ~ 250 mW/cm2. Tingkat diprediksi film pemanasan ditunjukkan pada Gambar. 3-17. Jika Bias substrat (bagian 3.7.5.) Juga diterapkan, peningkatan suhu dapat sangat besar. Dalam Al film, suhu di axcess dari 200oC telah diukur. Hal ini secara parsial menyumbang peningkatan mobilitas atom dan langkah cakupan selama aplikasi bias substrat.Akhirnya, kita secara singkat mempertimbangkan penggoresan sputter, sebuah proses yang terjadi pada target selama sputtering. Film digunakan dalam aplikasi mikroelektronik yang harus terukir dalam rangka untuk menghapus materi dan mengekspos daerah berpola untuk deposisi film atau doping proses berikutnya. Dalam VLSI rezim etsa dilakukan dalam plasma dan lingkungan gas reaktif, di mana film yang terlibat pada dasarnya berperilaku seperti target sputtering. Pada tingkat daya yang sama, sputter etsa harga cenderung lebih rendah, hingga lebih dari urutan besarnya, dari tingkat deposisi film. Ini berarti bahwa etsa membutuhkan tingkat daya tinggi yang sering berkisar dari 1 menjadi 2 W/cm2. Kombinasi tingkat daya tinggi dan waktu etsa panjang menyebabkan substrat untuk mencapai suhu radiasi terbatas tinggi. Dalam Al, misalnya, peningkatan suhu jauh di atas 300oC telah diukur selama etsa.

3.7. Proses sputtering

Untuk kemudahan kita membagi proses sputtering menjadi empat kategori: (1) dc, (2) RF, (3) magnetron, (4) reaktif. Kami menyadari, bagaimanapun, bahwa ada varian penting dalam setiap kategori (e., g., Dc bias) dan bahkan hibrida antara kategori (e., g., RF reaktif), target bahan hampir semua penting tersedia secara komersial untuk digunakan dalam proses-proses sputtering. Sebuah nomor yang dipilih komposisi sasaran mewakili kelas penting dari padatan, bersamaan dengan aplikasi sputtering yang khas untuk masing-masing tercantum pada Tabel 3-6.Secara umum, target logam dan paduan yang dibuat dengan pelelehan baik dalam vakum atau di bawah atmosfer pelindung, diikuti oleh thermo pengolahan mekanis. Target paduan tahan panas (e., g., Ti-W) panas-ditekan melalui metalurgi serbuk rute. Demikian pula, target non-logam umumnya disiapkan oleh bubuk panas-menekan. target elemental dan logam cenderung memiliki kemurnian 0f 99,99% atau lebih baik, sedangkan mereka dari non logam umumnya kurang murni, wit5h batas atas kemurnian khas 99,9%. di samping itu, kurang dari kepadatan teoritis yang dicapai selama pengolahan bubuk. Ini realitas metalurgi kadang-kadang tercermin dalam emisi partikulat, pelepasan gas yang terperangkap, sasaran erosi non merata, dan film disimpan kualitas yang rendah. Target yang tersedia dalam berbagai bentuk (e., g., Disk, toroids, piring, dll) dan ukuran. Sebelum digunakan, mereka yang harus terikat pada backing plate didinginkan untuk menghindari perengkahan termal. Logamdiisi epoxy semen konduktivitas termal yang tinggi yang digunakan untuk tujuan ini.

Dimana y adalah jarak diatas dan sepanjang target, dan c = qB/m. Persamaan ini mendeskripsikan sebuah pergerakan sikloid dimana elektron dan katoda keduanya berada pda bidang. Jika elektron bermuatan negatif berada di bidang yang kecil, elektron akan bergerak melingkar dan akan berada diruang di sekitar anoda. Hal ini sesuai dengan orientasi target dari magnet. Ionisasi dari gas yang bekerja lebih intens pada bagian atas.Rata-rata deposisi yang diperoleh mencapai 1m Terdapat beberapa tipe dari besaran yang lebih tinggi dari pada rata-rata deposisi yang dicapai oleh teknik konvensional perputarannya. Konfigurasi paling populer adalah utilize planar,torodial (segiempat melintasi permukaan), dan torodial conical ( trapesium melintasi permukaan) target.

Pada keadaan reaktif, komponen dari lapisan tipis terdeposit pada substrat oleh perpindahan target logam dari gas yang reaktif. Yang biasanya dicampur dengan gas-gas inert yang bekerja. Komponen terbanyak yang bersifat reaktif contohnya:1. Oksida (oksigen) contohnya: Al2O3, In2O3, SnO2, SiO2, Ta2O52. Nitrid (nitrogen , ammonia) contohnya: TaN, TiN, AIN, Si3N4,3. Karbida (metan, asetilene, propan) contohnya: TiC, WC, SiC4. Sulfida (H2S) contohnya CdS, Cus, Zns5. Oksikarbida dan oksinitrid dari Ti,Ta, Al dan Si Bentuk umum dari Ilustrasi dari kurva histeresis dari total sistem tekanan (P) sebagai fungsi dari kenaikan rata-rata dari gas reakif (Qr) di dalam sebuah sistem dapat dilihat pada gambar berikut:

P3Sistem tekanan (P )Qr(0)ABP- QrP0P2P1

Qr

Tegangan katoda

Komponen

Kenaikan gas reaktif

Gambar (1) bentuk umum kurva histeresis tekanan terhadap kenaikan gas reaktif (2) kurva histeresis dari katoda terhadap tegangan

Kurva histeresis menunjukkan dua keadaan stabil dari sebuah sistem dengan perpindahan cepat diantaranya. Pada keadaan A, terjadi perubahan kecil pada tekanan, sedangkan pada kedudukan B variasi tekanan linear dengan Qr . semua gas reaktif terdeposit menuju lapisan pada keadaaan A. Perbandingan antara ratio atom gas reaktif akan meningkat sesuai dengan Qr. Perpindahan dri keadaan A ke keadaan B dipengaruhi oleh bentuk komponen dari target logam. Ketika ion-ion dari elektron teremisikan, biasanya memiliki nilai lebih tinggi dari komponen logam. Hukum ohm menjelaskan bahwa plasma impedansi lebih rendah keefektifannya pada kedudukan A daripada di kedudukan B. Efek ini adalah bentuk refleksi (pemantulan) pada histeresis dari tegangan target dengan kenaikan gas reaktif rata-rata seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.

Kemurnian target

Lebih mudah untuk memperoleh kemurnian tinggi dari logam target daripada memperoleh kemurnian tinggi dari komponen target.pada saat tekanan tinggi dan komponen terpanaskan, tidak terjadi konsolidasi pada bulk densitasnya, gabungan gas, porositas, dan impuritasnya tidah trpengaruh. Kemurnian lapisan menggunakan elemen target yang tinggi, yang dimulai dengan kemurnian gas reaktif yang tinggi.

Rata-rata Deposisi

Penurunan pada deposisi rata-rata sekitar 50% terjadi ketika komponen relatif pada logam. Efek ini bergatung pada tekanan gas reaktif. Pada pengisisan Dc, sngat efektif pada tekanan gas yang tinggi, tapi batasnya juga dipengaruhi oleh ttemaga yang diaplikasikan. Pengkondisian dari target dalam keadaan murni bergantung pada permukann murni logam dan deposisi rata-ratanya. Dimana deposisi rata-rata yang tinggi adalah sangat kecil

Stoikiometri dan Properties

Kemungkinan variasi pada komposisi dn properti dari kereaktifan lapisan bergantung pada kondisi operasi. Salah satu dari aplikasi pertama dari kerektifan deposisi dari TaN resistor diode dc pada tegangan 3-5 kV, dan tekanan sekitar 30x10-3 torr . ketergantungan dari resitivitas TaN atau kombinsi dari tantalum nitrit adalah fungsi dari N2 pada sebagian tekanan. Warna berubah seiring dengan variasi lapisan stoikiometri. Contohnya, pada kasus ini, lapisan titanium nitrit berubah menjadi warna emas terang.