Magnetron Sputtering System

Una de las herramientas en el cuarto limpio de CIDESI Querétaro es un sistema de Magnetron Sputtering, de la marca Angstrom Engineering, este sistema es utilizado para proyectos de investigación y de fabricación de sensores y circuitos integrados, ver Figura 1. Es importante conocer que la técnica conocida como “sputtering” o erosión catódica, está dentro de los mejores métodos de obtención de materiales con características específicas debido a su reproducibilidad, escalabilidad y versatilidad de los procesos que pueden llevarse a cabo con este sistema, por esto y más está dentro de los favoritos en el área de metalización en el cuarto limpio de CIDESI Querétaro.

El sistema de Magnetron Sputtering ubicado en las instalaciones del cuarto limpio en CIDESI Querétaro es usado para depositar materiales tales como semiconductores, dieléctricos y metales lo cuales son usados durante la fabricación de sensores y circuitos integrados.

Magnetron sputtering system y el proceso de depósito de materiales

En un proceso de depósito por sputtering, la cámara principal, donde los materiales son depositados es evacuada hasta que se alcanza el ultra vacío, comúnmente, presiones menores a 2×10^-6 Torr son conseguidas. El Sputtering en el cuarto limpio de CIDESI Querétaro trabaja con una bomba mecánica y una bomba turbo molecular para alcanzar esta presión base. Después de que se alcanza la presión base. El depósito comienza cuando un gas ionizante, en este caso Argón, el cual fluye dentro de la cámara. En este paso, tanto la presión como el flujo de argón son regulados hasta que se alcanza la presión de deposición, típicamente, en el rango de los mTorr, este gas argón ayuda a formar el plasma. Es importante conocer que alcanzar el alto vacío dentro de la cámara es important para reducir las presiones parciales de los gases de elementos no deseados que pueden contaminar potencialmente los materiales que son depositados.

La técnica de depósito por Sputtering se encuentra dentro de las técnicas de depósito físicas en fase vapor. El principio de operación físico de un sistema Sputtering consiste de la generación de plasma, el cual será obtenido al aplicar un potencial un cátodo y un ánodo, por consecuencia los electrones del gas Argón son acelerados en la dirección opuesta al cátodo, lo cual causa colisiones de los electrones con los átomos de argón. Estas colisiones generan una repulsión electrostática y promueven la ionización del gas debido al choque de los electrones de los átomos del gas argón. Comúnmente, el cátodo está en contacto con el material que será depositado y el ánodo está conectado a la cámara de sputtering, actuando como tierra eléctrica. En este punto, los iones cargados positivamente son acelerados hacia el cátodo, el cual está cargado negativamente, el cual causa colisiones de alta energía en la superficie del blanco, y cada una de estas colisiones causa que los átomos en la superficie del material sean expulsados con suficiente energía cinética para que estos viajes desde el blanco y sean depositados en el substrato, todo esto en un vacío parcial dentro de la cámara de depósito. El gas ionizante, el cual puede ser comúnmente Argón y Xenón, es seleccionado y usado por ser gases de alto peso molecular.

La figura muestra el depósito de aluminio, el color púrpura es el plasma de iones de Argón dentro de la cámara del Magnetron Sputtering en las instalaciones del cuarto limpio de CIDESI Querétaro.

Depósito y co-depósito de materiales en un sistema de Magnetron Sputtering

El Sputtering del cuarto limpio de CIDESI Querétaro tiene la capacidad de realizar co-depósitos y depósitos continuos de materiales antes de romper vacío, gracias a las 3 fuentes con las que cuenta, dos de las fuentes son DC y una RF. Este equipo, permite realizar desde un depósito o hasta tres depósitos de materiales al mismo tiempo, lo que nos da increíbles ventajas y posibilidades en la fabricación y diseño de materiales.

El sistema de depósito por sputtering en el cuarto limpio de CIDESI Querétaro puede realizar procesos de depósito y co-depósito de hasta tres materiales al mismo tiempo. El equipo cuenta con dos fuentes DC de 1000W y una RF de 600W.

Las posibilidades principales del sistema de Sputtering del cuarto limpio de CIDESI son:

  • Rotación y calefacción del porta muestras de hasta 50 rpm. y 650 °C, respectivamente
  • Depósito simultaneo de hasta tres obleas de cuatro pulgadas
  • El depósito de materiales puede ser controlado por  software (control PID), donde se monitorea el rate de deposito en angstrom/segundo
  • El espesor de las películas depositadas es monitoreado por un sensor inficon
  • Finalmente, el equipo es respaldado por una bomba mecánica y una bomba turbo molecular que permite alcanzar presiones base de hasta 5 x 10 ^-7 Torr, con el objetivo de evitar contaminación en los materiales que se estan depositando.

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