
第一:靶面金屬化合物的形成。
由金屬靶面通過反應濺射工藝形成化合物的過程中,化合物是在哪里形成的呢?由于活性反應氣體粒子與靶面原子相碰撞產生化學反應生成化合物原子,通常是放熱反應,反應生成熱必須有傳導出去的途徑,否則,該化學反應無法繼續進行。在真空條件下氣體之間不可能進行熱傳導,所以,化學反應必須在一個固體表面進行。反應濺射生成物在靶表面、基片表面、和其他結構表面進行。在基片表面生成化合物是我們的目的,在其他結構表面生成化合物是資源的浪費,在靶表面生成化合物一開始是提供化合物原子的源泉,到后來成為不斷提供更多化合物原子的障礙。
第二:靶中毒的影響因素
影響靶中毒的因素主要是反應氣體和濺射氣體的比例,反應氣體過量就會導致靶中毒。反應濺射工藝進行過程中靶表面濺射溝道區域內出現被反應生成物覆蓋或反應生成物被剝離而重新暴露金屬表面此消彼長的過程。如果化合物的生成速率大于化合物被剝離的速率,化合物覆蓋面積增加。在一定功率的情況下,參與化合物生成的反應氣體量增加,化合物生成率增加。如果反應氣體量增加過度,化合物覆蓋面積增加,如果不能及時調整反應氣體流量,化合物覆蓋面積增加的速率得不到抑制,濺射溝道將進一步被化合物覆蓋,當濺射靶被化合物全部覆蓋的時候,靶完全中毒。
第三:靶中毒現象
(1)正(zheng)離子堆(dui)積:靶(ba)(ba)中(zhong)毒(du)時,靶(ba)(ba)面形成(cheng)一層絕緣(yuan)膜,正(zheng)離子到達陰(yin)極(ji)(ji)(ji)靶(ba)(ba)面時由于絕緣(yuan)層的(de)阻擋(dang),不能直(zhi)接(jie)進(jin)入(ru)陰(yin)極(ji)(ji)(ji)靶(ba)(ba)面,而(er)是堆(dui)積在靶(ba)(ba)面上(shang),容易產生冷場致弧光放電---打弧,使陰(yin)極(ji)(ji)(ji)濺射無法(fa)進(jin)行下去。(2)陽極(ji)(ji)(ji)消失(shi):靶(ba)(ba)中(zhong)毒(du)時,接(jie)地的(de)真空室壁(bi)上(shang)也沉積了絕緣(yuan)膜,到達陽極(ji)(ji)(ji)的(de)電子無法(fa)進(jin)入(ru)陽極(ji)(ji)(ji),形成(cheng)陽極(ji)(ji)(ji)消失(shi)現(xian)象(xiang)。
第四:靶中毒的物理解釋
(1)一般情況下,金屬(shu)化合物的二次電(dian)子(zi)發射(she)系數(shu)比(bi)金屬的高,靶中毒后(hou),靶材(cai)表面都是金屬化合物,在受到離子轟(hong)擊之后,釋放的二次電子數量(liang)增加,提高了(le)空(kong)間(jian)的導通能力,降低了(le)等離(li)子體阻(zu)抗,導致(zhi)濺射(she)電壓降(jiang)低。從(cong)而(er)降(jiang)低了濺射(she)速率。一般情況(kuang)下磁控濺射的濺射電壓在400V-600V之間,當發生靶中毒時,濺射電壓會顯著降低。(2)金屬靶材與化合物靶材本來濺射速率就不一樣,一般情況下金屬的濺射系數要比化合物的濺射系數高,所以靶中毒后濺射速率低。(3)反應濺(jian)射氣體的濺(jian)射效率本(ben)來就比(bi)惰性氣(qi)體的濺射效率低,所以反應氣體比例增加后,綜合濺射速率降低。
第五:靶中毒的解決辦法
(1)采(cai)用中(zhong)頻(pin)電(dian)源或射頻電源。
(2)采用閉環(huan)控制反應氣體的通(tong)入(ru)量。
(3)采用孿生靶
(4)控制鍍膜模式的(de)變換(huan):在鍍膜前,采(cai)集靶中毒的遲(chi)滯效應曲(qu)線,使進氣(qi)流量控(kong)制在產生靶中毒(du)的(de)前沿,確保工藝(yi)過程(cheng)始終(zhong)處于沉積速(su)率陡降前的模(mo)式。

靶表面金(jin)屬原子濺射比較容易,當把表面變(bian)為金屬氧(yang)化物(wu)再濺射就不容易。一(yi)般需要射(she)頻濺(jian)射(she)。
離子轟擊使靶表面金屬原子變得非常活潑,加上靶溫升高,使靶表面反應速率大大增加。這時靶面同時進行著濺射和反應生成化合物兩種過程。如果濺射速率大于化合物生成率,靶就處于金屬濺射態;反之,反應氣體壓強增加或金屬濺射速率減少,靶就可能突然發生化合物形成速率超過濺射速率而停止濺射。
為了減輕靶中毒現象,技術人員常用以下方法解決:(1)將反(fan)應氣體(ti)(ti)和濺射氣體(ti)(ti)分別送到(dao)基片(pian)和靶附近,以形成壓強梯度;(2)提高排氣速率;(3)氣體脈(mo)沖導入;(4)等離子體監視等。
靶中(zhong)毒(du)是由于在(zai)濺射(she)過程中(zhong)帶(dai)正電(dian)的(de)離子(zi)聚集在(zai)靶表面,沒有得到中(zhong)和(he),出現靶表面負偏壓逐步(bu)下降,最后(hou)干脆罷工不工作了(le),這就是靶中(zhong)毒(du)現象。
靶材中毒主(zhu)要原因是介質合成速(su)度大于濺(jian)射產額(氧化反(fan)應氣體通入太多),造(zao)成導(dao)體靶(ba)材喪失(shi)導電能(neng)力,只有提高擊穿電壓(ya),才能起(qi)輝,電(dian)壓(ya)過高容易發生弧光放電。現象:靶電(dian)壓(ya)長(chang)時(shi)間不能達到(dao)正(zheng)常,一直處(chu)于低電(dian)壓(ya)運行狀(zhuang)態,并伴有弧光放電(dian);靶表面呈(cheng)現白色附著物或密布針狀灰(hui)色放電痕(hen)跡。若(ruo)要徹底杜絕靶(ba)中毒,必(bi)須(xu)用中頻電源或射頻(pin)電源代替直流電源(yuan);減少(shao)反應氣體的(de)通入(ru)量、提高濺射功率,清理靶(ba)材上的污染物(特別是油污)、選用真空(kong)性能好的防(fang)塵滅(mie)弧罩等方法均可有效防止靶(ba)中(zhong)毒現象的發生。靶(ba)材內冷卻水浸泡的磁鐵,有污漬,只要磁場(chang)強度(du)足夠,冷卻效果良好,對(dui)靶(ba)材影響不大(da)。
污漬影響不大~打火是有絕緣部位(wei)造成(cheng)的,一般是局部中毒或者(zhe)臟物。靶材中毒是因為功率(lv)密度太低(di),相(xiang)對于過量的反(fan)應氣體(ti)不能及時(shi)蒸發掉(或濺射),會殘留靶材表面(mian),造成導電性(xing)能下降,從而進入中毒狀態。輕者無(wu)法(fa)起輝光,重者報(bao)廢電源。