Назаренко Мария Владимировна - аспирант, кафедра наноэлектроники Института перспективных технологий и индустриального программирования, МИРЭА - Российский технологический университет; ведущий инженер-технолог, ООО «РМТ».
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78; 115230, Москва, Варшавское шоссе, д. 46.
SPIN-код РИНЦ 2797-9450
Mariia V. Nazarenko - Postgraduate Student, Department of Nanoelectronics, Institute for Advanced Technologies and Industrial Programming, MIREA - Russian Technological University; Leading Process Engineer, RMT.
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454; 46, Varshavskoe sh., Moscow, 115230.
RSCI SPIN-code 2797-9450
Цели. При проектировании производственного оборудования для реализации процессов осаждения металлических пленок актуальной задачей является выбор технологических источников, которые должны обеспечивать требуемое качество (структуру, внешний вид), максимальные эффективность процесса и производительность. Однако в реальных производственных условиях сделать этот выбор сложно в связи с недостаточностью сравнительных материалов источников. Лабораторные результаты нередко отличаются от результатов на производстве. Цель работы - сравнить методы магнетронного осаждения в реальных промышленных условиях (планарном протяженном магнетроне, жидкофазном магнетроне и цилиндрическом магнетроне с вращающимся катодом), выявить их преимущества, недостатки и особенности формирования металлических пленок, проанализировать экономическую целесообразность выбора каждого из них и дать практические рекомендации выбора источника при реализации требуемого процесса.
Методы. Для осаждения пленок применены методы ионного распыления в магнетронных системах. Измерение шероховатости проводилось с помощью профилометра MarSurf PS1. Структура пленок изучалась с помощью растрового электронного микроскопа Hitachi SU1510. Толщины пленок измерялись методом рентгено-флуорисцентного анализа с помощью прибора Fisherscope X-RAY XDV-SDD.
Результаты. Рассмотрены источники магнетронного распыления для скоростного осаждения слоев металлизации в промышленных условиях. Проведено сравнение полученных образцов по критериям: скорость осаждения с сохранением требуемого качества, поверхностные дефекты, размер зерна пленки, шероховатость, равномерность осажденного слоя, эффективность осаждения (отношение металла, осажденного непосредственно на подложку, к количеству выработанного металла во время процесса). Сравнение характеристик показало, что скорость осаждения для жидкофазного магнетрона соизмерима с аналогичным параметром для цилиндрического магнетрона и превосходит примерно в 4 раза скорость для классического планарного магнетрона при сохранении единого внешнего вида образцов. Самой высокой шероховатостью и самым крупным размером зерна обладают образцы, осажденные жидкофазным магнетроном. Самой низкой эффективностью распыления обладает метод жидкофазного магнетронного распыления, который является самым дешевым.
Выводы. Выбор метода осаждения зависит от решаемой задачи. Оптимальным по стоимости, скорости осаждения и качеству осаждаемых слоев можно считать магнетрон с цилиндрическим вращающимся катодом. Жидкофазное магнетронное распыление рекомендовано использовать для дешевого скоростного осаждения, при котором нет жестких требований к внешнему виду, или в случае эксплуатации малогабаритного оборудования.
Objectives. When designing production equipment for the implementation of metal film deposition processes, the selection of technological sources for providing the required quality (structure, appearance), maximum process efficiency, and productivity, poses a challenging task. Since laboratory results often differ from issues faced in production processes, this choice becomes even more difficult under real production conditions due to a lack of sources for comparison. The purpose of the present work is therefore to compare magnetron deposition methods under real industrial conditions (planar extended magnetron, liquid-phase magnetron and cylindrical magnetron with a rotating cathode), identify their advantages and disadvantages along with features of thus-formed metal films, analyze the economic feasibility of each variant, and give practical recommendations for selecting a source when implementing the described process.
Methods. Films were deposited using magnetron sputtering system. Roughness was measured using a MarSurf PS1 profilometer. The structure of the films was studied using a Hitachi SU1510 scanning electron microscope. Film thicknesses were measured by X-ray fluorescence analysis using a Fisherscope X-RAY XDV-SDD measuring instrument.
Results. Sources of magnetron sputtering for the high-rate deposition of metallization layers under industrial conditions are considered. Obtained samples were compared according to the following criteria: deposition rate while maintaining the required quality, surface defects, film grain size, roughness, uniformity of the deposited layer, deposition efficiency (the ratio of the metal deposited directly onto the substrate to the amount of metal produced during the process). A comparison of the characteristics showed that the deposition rate for the liquid-phase magnetron is commensurate with the similar parameter for the cylindrical magnetron, exceeding the rate for the classical planar magnetron by about 4 times while maintaining the uniform appearance of the samples. The samples deposited with a liquid-phase magnetron had the highest roughness and the largest grain size. Although the cheapest method, liquid-phase magnetron sputtering achieved the lowest sputtering efficiency.
Conclusions. The choice of the deposition method depends on the problem to be solved. The rotatable magnetron system can be considered optimal in terms of cost, deposition rate, and quality of the deposited layers. Liquid-phase magnetron sputtering is recommended for low-cost high-speed deposition where there are no strict requirements for appearance, or in case of operation of small-sized equipment.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.