کوتاه درباره اسپاترینگ

1. sputtering
deposition

2. ‫پرکاربرد‬ ‫نشانی‬ ‫الیه‬ ‫های‬ ‫روش‬

3. ‫تاریخچه‬:
‫در‬ ‫گروو‬ ‫رابرت‬ ‫ویلیام‬ ‫توسط‬ ‫بار‬ ‫اولین‬1852
‫آن‬ ‫از‬ ‫پس‬ ‫و‬ ‫شد‬ ‫مشاهده‬ ‫الکتریکی‬ ‫تخلیه‬ ‫خال‬ ‫تیوب‬ ‫یک‬ ‫در‬
‫است‬ ‫یافته‬ ‫ادامه‬ ‫امروز‬ ‫تا‬ ‫آن‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫تحقیقات‬
William Robert Grove
1896-1811
• First observations: W.R. Grove 1853, J.P. Gassiot and M. Faraday 1854, 1858. J.
Plücker 1858. Useful for thin film coating?
• First systematic studies: W. Crookes 1891, G. Granquist 1897. Independent of target
temperature.
• J. Stark 1908, 1909. Hot spots? Binary elastic collisions?
• Cosine emission distribution R. Seeliger 1935. Rules out the collision theory?
• Crystal structure effects, G.K. Wehner 1956. Collisions back in. Sputtering yields
always decrease at high energy : 1/E.
• Linear collision cascades, relation to nuclear stopping power, J. Lindhard et al. 1963,
J. Davies et al. 1960-64. P. Sigmund 1967-69.
• BCA Monte Carlo, MARLOWE, TRIM. M.T. Robinson 1974, J. Biersack and J.F. Ziegler
1974
• Applications in semiconductor industry, coating industry, surface analysis, fusion
plasma physics and and space physics

4. ‫اسپاترینگ‬ ‫روش‬ ‫اساس‬:
-‫شده‬ ‫یونیزه‬ ‫گازی‬(‫دارد‬ ‫مثبت‬ ‫بار‬ ‫که‬)‫تارگت‬ ‫سطح‬ ‫با‬
(‫است‬ ‫متصل‬ ‫منفی‬ ‫پتانسیل‬ ‫به‬ ‫و‬ ‫کنیم‬ ‫نشانی‬ ‫الیه‬ ‫خواهیم‬ ‫می‬ ‫که‬ ‫ای‬ ‫ماده‬)
‫کند‬ ‫می‬ ‫برخورد‬
-‫باعث‬ ‫و‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫منتقل‬ ‫تارگت‬ ‫ذرات‬ ‫به‬ ‫شده‬ ‫یونیزه‬ ‫گاز‬ ‫تکانه‬
‫گردد‬ ‫می‬ ‫تارگت‬ ‫سطح‬ ‫از‬ ‫آنها‬ ‫شدن‬ ‫کنده‬
-‫الیه‬ ‫زیر‬ ‫سمت‬ ‫به‬ ‫تارگت‬ ‫ذرات‬(‫شود‬ ‫می‬ ‫داده‬ ‫قرار‬ ‫تارگت‬ ‫مقابل‬ ‫در‬ ‫که‬)
‫نشینند‬ ‫می‬ ‫آن‬ ‫روی‬ ‫و‬ ‫شوند‬ ‫می‬ ‫پاشیده‬

5. ‫انیمیشن‬
http://www.ajaint.com/what-is-sputtering.html

6. ‫اسپاترینگ‬ ‫روش‬ ‫مزایای‬:
1-‫کرد‬ ‫نشانی‬ ‫الیه‬ ‫هم‬ ‫را‬ ‫باال‬ ‫ذوب‬ ‫دمای‬ ‫با‬ ‫مواد‬ ‫توان‬ ‫می‬
2-‫خاطر‬ ‫به‬ ‫تفاوت‬ ‫و‬ ‫است‬ ‫شبیه‬ ‫بسیار‬ ‫تارگت‬ ‫به‬ ‫الیه‬ ‫استوکیومتری‬
‫هاست‬ ‫مولکول‬ ‫وزن‬ ‫در‬ ‫تفاوت‬
3-‫است‬ ‫تبخیر‬ ‫روش‬ ‫از‬ ‫بهتر‬ ‫سطح‬ ‫به‬ ‫چسبندگی‬
4-‫نیست‬ ‫زیاد‬ ‫خیلی‬ ‫خال‬ ‫به‬ ‫نیازی‬ ‫الزاما‬
5-‫ندارد‬ ‫شدن‬ ‫گرم‬ ‫به‬ ‫نیازی‬ ‫کنیم‬ ‫نشانی‬ ‫الیه‬ ‫میخواهیم‬ ‫ای‬ ‫ماده‬
6-‫پذیر‬ ‫واکنش‬ ‫گازهای‬ ‫جمله‬ ‫از‬ ‫مختلفی‬ ‫های‬ ‫گاز‬ ‫با‬ ‫توان‬ ‫می‬
‫داد‬ ‫انجام‬ ‫را‬ ‫اسپاترینگ‬
7-‫الیه‬ ‫زیر‬ ‫داشتن‬ ‫نگه‬ ‫مشکل‬ ‫و‬ ‫بگیرد‬ ‫قرار‬ ‫الیه‬ ‫زیر‬ ‫باالی‬ ‫تواند‬ ‫می‬ ‫تارگت‬
‫نکند‬ ‫بروز‬
8–‫نشاند‬ ‫زیرالیه‬ ‫روی‬ ‫را‬ ‫ماده‬ ‫الیه‬ ‫به‬ ‫الیه‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫باال‬ ‫دقت‬ ‫با‬ ‫موارد‬ ‫در‬
(‫کرد‬ ‫اپیتکسی‬)

7. ‫اسپاترینگ‬ ‫انواع‬:
-‫دیود‬ ‫یا‬ ‫سی‬ ‫دی‬(sputteringDC or Diod)
-‫مگنترون‬(Magnetron sputtering)
-‫اف‬ ‫آر‬(RF sputtering)
-Ion-beam sputtering
-Reactive sputtering
-Ion-assisted deposition
-High-target-utilization sputtering
-High-power impulse magnetron sputtering (HIPIMS)
-Gas flow sputtering

8. ‫دیود‬ ‫یا‬ ‫سی‬ ‫دی‬(sputteringDC or Diod)
‫و‬ ‫منفی‬ ‫پتانسیل‬ ‫به‬ ‫تارگت‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫اسپاترینگ‬ ‫نوع‬ ‫ترین‬ ‫ساده‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫پر‬ ‫کم‬ ‫فشار‬ ‫با‬ ‫گازی‬ ‫با‬ ‫محیط‬ ‫و‬ ‫میشود‬ ‫وصل‬ ‫مثبت‬ ‫پتانسیل‬ ‫به‬ ‫زیرالیه‬
‫و‬ ‫شده‬ ‫یونیزه‬ ‫محیط‬ ‫در‬ ‫موجود‬ ‫های‬ ‫الکترون‬ ‫با‬ ‫برخورد‬ ‫اثر‬ ‫در‬ ‫و‬
‫کند‬ ‫می‬ ‫برخورد‬ ‫تارگت‬ ‫سطح‬
‫اصلی‬ ‫مشکالت‬:
1-‫داد‬ ‫قرار‬ ‫تارگت‬ ‫برای‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫را‬ ‫فلزات‬ ‫فقط‬
2-‫است‬ ‫پایین‬ ‫نشانی‬ ‫الیه‬ ‫سرعت‬

9. ‫مگنترون‬(Magnetron sputtering)
‫که‬ ‫تفاوت‬ ‫این‬ ‫با‬ ‫داراست‬ ‫را‬ ‫سی‬ ‫دی‬ ‫اسپاترینگ‬ ‫ساختار‬ ‫همان‬
‫مغناطیسی‬ ‫میدان‬ ‫تارگت‬ ‫پشت‬(‫شکل‬ ‫مطابق‬)‫شود‬ ‫می‬ ‫اعمال‬.
‫و‬ ‫دهد‬ ‫افزایش‬ ‫را‬ ‫محیط‬ ‫در‬ ‫الکترون‬ ‫حرکت‬ ‫زمان‬ ‫کار‬ ‫این‬ ‫با‬
‫یابد‬ ‫می‬ ‫افزایش‬ ‫توانی‬ ‫مرتبه‬ ‫چندین‬ ‫شده‬ ‫یونیزه‬ ‫گاز‬ ‫های‬ ‫اتم‬ ‫تعداد‬

10. ‫انیمیشن‬
http://www.ajaint.com/what-is-sputtering.html

12. ‫اف‬ ‫آر‬(RF sputtering)
‫؛‬ ‫نیست‬ ‫خوبی‬ ‫رسانای‬ ‫یا‬ ‫نیست‬ ‫رسانا‬ ‫تارگت‬ ‫که‬ ‫مواردی‬ ‫در‬
،‫بار‬ ‫این‬ ‫و‬ ‫یابد‬ ‫تجمع‬ ‫مثبت‬ ‫بار‬ ‫آن‬ ‫سطح‬ ‫روی‬ ‫است‬ ‫ممکن‬
‫شود‬ ‫تارگت‬ ‫سطح‬ ‫به‬ ‫گاز‬ ‫مثبت‬ ‫های‬ ‫یون‬ ‫برخورد‬ ‫مانع‬
‫دهد‬ ‫کاهش‬ ‫را‬ ‫نشانی‬ ‫الیه‬ ‫سرعت‬ ‫و‬.
‫جریان‬ ‫اعمال‬ ‫جای‬ ‫به‬ ‫مشکل‬ ‫این‬ ‫حل‬ ‫برای‬DC‫جریانی‬ ،AC‫فرکانس‬ ‫با‬
‫باال‬(‫معموال‬13.56 MHz)‫مثبتی‬ ‫بار‬ ‫تا‬ ‫میشود‬ ‫اعمال‬ ‫زیرالیه‬ ‫و‬ ‫تارگت‬ ‫به‬
‫نیابد‬ ‫تجمع‬ ‫تارگت‬ ‫روی‬

13. ‫اسپاترینگ‬ ‫معایب‬:
1-‫هاست‬ ‫روش‬ ‫سایر‬ ‫از‬ ‫تر‬ ‫تکنیکی‬
2-‫اف‬ ‫لیفت‬ ‫های‬ ‫روش‬ ‫با‬ ‫را‬ ‫آن‬ ‫توان‬ ‫نمی‬(lift – off)‫برای‬
‫کرد‬ ‫ترکیب‬ ‫زیرالیه‬ ‫روی‬ ‫طرح‬ ‫ایجاد‬
3-‫است‬ ‫قیمت‬ ‫گران‬
4-‫هاست‬ ‫روش‬ ‫سایر‬ ‫از‬ ‫تر‬ ‫کثیف‬ ‫مواردی‬ ‫در‬

14. ‫اسپاترینگ‬ ‫بازده‬(sputtering yield)
‫به‬ ‫نشانی‬ ‫الیه‬ ‫سرعت‬:
-‫گاز‬ ‫ذرات‬ ‫فرود‬ ‫زاویه‬
-‫گاز‬ ‫و‬ ‫تارگت‬ ‫ذرات‬ ‫جرمی‬ ‫نسبت‬
-‫گاز‬ ‫ذرات‬ ‫جنبشی‬ ‫انرژی‬
‫است‬ ‫وابسته‬

16. Sputter yields of silicon as a function of ion energy for
noble gas ions at normal incidence.

17. The variation of the sputter yield
with angle for the three metals.
Below approximately 60 degrees
, the sputter rate increases with angle
before passing through a maximum.

18. ‫اسپاترینگ‬ ‫باره‬ ‫در‬ ‫نکاتی‬:
-‫حدود‬ ‫در‬ ‫تارگت‬ ‫به‬ ‫آرگون‬ ‫گاز‬ ‫فرود‬ ‫سرعت‬10^5‫است‬ ‫ثانیه‬ ‫بر‬ ‫متر‬
‫مناسب‬ ‫فشار‬ ‫در‬ ‫آزاد‬ ‫پویش‬ ‫ومسافت‬3‫است‬ ‫متر‬ ‫سانتی‬
-‫بین‬ ‫پالسما‬ ‫تشکیل‬ ‫برای‬ ‫مناسب‬ ‫فشار‬10‫تا‬100‫است‬ ‫تور‬ ‫میلی‬
-‫درمرتبه‬ ‫آند‬ ‫و‬ ‫کاتد‬ ‫بین‬ ‫در‬ ‫پتانسیل‬ ‫اختالف‬1- 10 Kev‫است‬.
-‫از‬ ‫و‬ ‫است‬ ‫وابسته‬ ‫تارگت‬ ‫نوع‬ ‫به‬ ‫بسیار‬ ‫نشانی‬ ‫الیه‬ ‫سرعت‬0.1‫تا‬3‫اتم‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫کنده‬ ‫تارگت‬ ‫از‬ ‫گاز‬ ‫اتم‬ ‫هر‬ ‫ازای‬ ‫به‬
-‫حدود‬ ‫تنها‬0.1‫تا‬1‫شود‬ ‫می‬ ‫یونیزه‬ ‫محفظه‬ ‫داخل‬ ‫گاز‬ ‫از‬ ‫درصد‬
-‫تری‬ ‫یکنواخت‬ ‫سطح‬ ‫زیرالیه‬ ‫داشتن‬ ‫فاصله‬ ‫مرکز‬ ‫از‬ ‫کمی‬ ‫و‬ ‫دادن‬ ‫حرکت‬
‫دهد‬ ‫می‬ ‫بدست‬
-‫زیرالیه‬‫حداقل‬ ‫باید‬30%‫باشد‬ ‫تارگت‬ ‫از‬ ‫کوچکتر‬