Caractéristiques et exigences des cibles de pulvérisation en céramique

Pour améliorer l’efficacité de pulvérisation et assurer la qualité des films déposés, des expériences étendues ont montré qu’il existe des exigences spécifiques pour les cibles de pulvérisation céramique:

Puritéla pureté des cibles de pulvérisation céramique a un impact significatif sur la performance des films pulvérisés. Une plus grande pureté dans les cibles céramiques se traduit par une meilleure uniformité et consistance dans le dépôt de film par lots. Avec le développement rapide de l’industrie des semi-conducteurs, où les tailles des plaquettes de silicium ont atteint 12 pouces et les largeurs de câblage ont diminué à 0,13 μm, il existe des exigences strictes en matière d’uniformité des films déposés. Par exemple, la pureté des cibles en céramique doit être supérieure à 4N. Les cibles ITO (oxyde d’étain d’indium) utilisées dans les panneaux d’affichage exigent également une grande pureté, l’in2o3 et le Sn2O3 exigeant des purités supérieures à 4N. Dans le cas des cibles céramiques pour films magnétiques, une pureté d’au moins 3N est requise. Les impuretés à l’intérieur de la cible de pulvérisation peuvent être la principale source de contamination des films déposés. Par exemple, les ions métalliques alcalins (Na+, K+) peuvent devenir des ions mobiles dans les couches isolantes (SiO2), dégradant ainsi le rendement des appareils, et leur contenu devrait être maintenu sous 0,01 PPM (en poids).

1.2 densitépour réduire la présence de pores dans les cibles de pulvérisation en céramique et améliorer les performances du film, une densité cible élevée est généralement requise. La densité cible affecte non seulement la vitesse de dépôt pendant la pulvérisation, mais aussi les propriétés électriques et optiques des films pulvérisés. Des cibles plus denses se traduisent par une densité de particules plus élevée lors de la pulvérisation, des phénomènes de décharge réduits et une meilleure performance du film. En outre, l’augmentation de la cible&#La densité et la résistance lui permettent de résister aux contraintes thermiques pendant le processus de pulvérisation. Ainsi, l’amélioration de la densité cible est une technologie clé dans la production de cibles de pulvérisation céramique.

1.3 Composition et uniformité structurale pour assurer l’uniformité des films pulvérisés, en particulier dans les applications complexes de revêtement de grande surface, il est crucial d’avoir une bonne uniformité dans la Composition et la structure des cibles de pulvérisation. Il s’agit d’un indicateur significatif de la qualité cible de la céramique. Par exemple, les cibles ITO nécessitent des compositions uniformes d’in2o3 et de SnO2, avec des rapports comme 93:7 ou 91:9 (rapport moléculaire) pour assurer la qualité. La microstructure&#L’uniformité des cibles de pulvérisation a également un impact considérable sur la vitesse de dépôt, la qualité du film et la répartition de l’épaisseur pendant la pulvérisation. La recherche a montré que les cibles de pulvérisation avec des structures à grain fin donnent lieu à des taux de dépôt plus élevés que ceux avec des structures à grain grossier. Par conséquent, lorsque la distribution du grain sur la cible ' S surface est inégale, il conduit à une épaisseur de film non uniforme.

Préparation de cibles de pulvérisation en céramique

La production de cibles de pulvérisation en céramique suit le processus décrit à la Figure 1. En plus du contrôle strict sur la pureté et la composition des matières premières et les dimensions de conception des matériaux moulés, il est essentiel de contrôler le matériel et#39; S méthodes de formage et de frittage. Les méthodes de formage courantes comprennent le pressage à sec et le pressage isostatique à froid. Le pressage à sec peut faire face à des défis dans la production de grandes cibles en vrac, avec des problèmes tels que l’usure dela moisissure, le traitement complexe, la densité inégale des cibles, et le potentiel de fissuration et de délaminage. Le pressage isostatique à froid, d’autre part, offre des avantages dans la production de cibles à haute densité en raison de sa commodité dans la fabrication de moules, mais les exigences de haute pureté pour les cibles en céramique peuvent nécessiter l’ajout d’auxiliaires de frittage. Grâce à cette méthode, le frittage a lieu à des températures élevées (dans des atmosphères d’oxygène pur), ce qui donne lieu à des pulvérisateurs en céramique ITO dont les densités apparentes atteignent 95% de la densité théorique. Dans le processus de formage, la pression de préformage est également un facteur critique. Une pression de préformation faible conduit à une densité cible plus faible, ce qui est favorable pour le frittage, mais elle compromet la résistance mécanique et peut conduire à des fractures, qui ne sont pas favorables aux processus de film mince.

Le frittage de cibles céramiques est généralement réalisé par des méthodes telles que le frittage sans pression, le pressage isostatique à chaud et le frittage sous atmosphère contrôlée. Parmi eux, le pressage isostatique à chaud combine les avantages du pressage à chaud et du pressage isostatique. Cette méthode consiste à appliquer une pression à la poudre à l’état thermoplastique, ce qui entraîne une faible résistance à la déformation, des temps de formage plus courts et un meilleur contrôle de la croissance du grain. C’est la principale méthode pour produire des cibles de pulvérisation en céramique à haute densité. Cependant, cette méthode nécessite un équipement coûteux et a une productivité limitée. Le frittage de cibles matérielles non oxydées comme Si3N4 et SiC est effectué dans des atmosphères d’azote et de gaz inerte pour prévenir l’oxydation.

La température de frittage, la vitesse de chauffage, la vitesse de refroidissement et l’atmosphère de frittage sont tous des facteurs cruciaux qui influencent les performances de la cible. Des températures de frittage trop élevées peuvent entraîner la fusion ou le sur-frittage de certaines substances à l’intérieur de la cible, affectant les traitements ultérieurs à l’oxygène et les transitions de phase. Inversement, le frittage à une température trop basse peut entraîner des problèmes de densification cible. Les processus de refroidissement lents et les traitements étendus de l’atmosphère à haute température peuvent améliorer efficacement la qualité des cibles supraconductrices à haute température YBCO, empêchant les problèmes tels que le frittage incomplet en raison des transitions de phase, la déformation de cible, la fissuration fine sur la surface de cible, et même la fracture de cible. Des chercheurs de l’institut général de recherche de Beijing sur les métaux non ferreux, par exemple, ont utilisé des pressions de préformage de 20 à 40 MPa/cm2, des températures de frittage de 950-980 °C pendant 10 à 15 heures, et une vitesse de refroidissement lente de 5°C/min pour obtenir des cibles supraconductrices à haute température YBCO performantes.

La préparation du lisier céramique nécessite l’utilisation de billes d’oxyde de zircone très durables en raison des temps de broyage prolongés dans un moulin à sable.