直流电源功率的确定

5.5.1　直流电源功率的确定

直流电源功率直接影响等离子体中入射气体离子的密度和溅射率，是决定成膜速率的主要参数，也是影响膜的致密性的主要参数。靶材上溅射出的原子的能量随着电压的增高而增大。溅出原子能量越大在基板上重新排列的几率更高，如图5.17中的路径Ⅰ所示，可以有效减少膜的微观结构缺陷，形成致密的薄膜。如图5.17中的路径Ⅱ所示，如果溅出原子的动能比较小，原子在基板上的惰性比较大，成膜时由于原子能量小不足以重新排列原先形成的原子排列状况，会导致成膜后的薄膜微观结构缺陷较多，相对膜密度小，阻抗变大，膜的品质变差。

图5.17　溅射原子的能量大小和膜质的关系，路径Ⅰ的动能较大，路径Ⅱ的动能较小

溅射功率太小，不仅成膜效率低，而且成膜时放电很不稳定，很容易引起异常放电，但是电场太高也容易产生异常放电。在溅射工艺条件设定时，既要保证一定的成膜速度，又要防止异常放电发生。例如，可以考虑在基板上加载DC或射频脉冲偏压。具体的优化措施要通过实验确定。

采用直流＋脉冲的方式的电源波形如图5.18所示。采取脉冲模式供电，在1区加直流电压进行溅射，2区的脉冲电压为0，在这个阶段消除基板所带静电，这样，可以有效降低基板的带电量，从而防止异常放电的产生。

图5.18　直流＋脉冲方式电源

也可以通过控制电源电流值极限值的方法防止异常放电的发生。如图5.19所示，正常放电时电流值如水平实线所示；异常放电发生，电流急剧上升，在正常值上设一上限值，当电流超过此值时，电源自动切断供电，之后再继续供电。这样也可以防止严重异常放电现象的发生。

图5.20所示是在基板加载偏置电压，以提高设备放电稳定性，防止异常高压放电的示意。

图5.19　直流电源电流上限管理

图5.20　基板加载偏置电压示意