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第一:靶面金属化合物的形成。
由金属靶面通过反应溅射工艺形成化合物的过程中,化合物是在哪里形成的呢?由于活性反应气体粒子与靶面原子相碰撞产生化学反应生成化合物原子,通常是放热反应,反应生成热必须有传导出去的途径,否则,该化学反应无法继续进行。在真空条件下气体之间不可能进行热传导,所以,化学反应必须在一个固体表面进行。反应溅射生成物在靶表面、基片表面、和其他结构表面进行。在基片表面生成化合物是我们的目的,在其他结构表面生成化合物是资源的浪费,在靶表面生成化合物一开始是提供化合物原子的源泉,到后来成为不断提供更多化合物原子的障碍。

第二:靶中毒的影响因素  
影响靶中毒的因素主要是反应气体和溅射气体的比例,反应气体过量就会导致靶中毒。反应溅射工艺进行过程中靶表面溅射沟道区域内出现被反应生成物覆盖或反应生成物被剥离而重新暴露金属表面此消彼长的过程。如果化合物的生成速率大于化合物被剥离的速率,化合物覆盖面积增加。在一定功率的情况下,参与化合物生成的反应气体量增加,化合物生成率增加。如果反应气体量增加过度,化合物覆盖面积增加,如果不能及时调整反应气体流量,化合物覆盖面积增加的速率得不到抑制,溅射沟道将进一步被化合物覆盖,当溅射靶被化合物全部覆盖的时候,靶完全中毒。

第三:靶中毒现象
(1)正离子堆积:靶中毒时,靶面形成一层绝缘膜,正离子到达阴极靶面时由于绝缘层的阻挡,不能直接进入阴极靶面,而是堆积在靶面上,容易产生冷场致弧光放电---打弧,使阴极溅射无法进行下去。(2)阳极消失:靶中毒时,接地的真空室壁上也沉积了绝缘膜,到达阳极的电子无法进入阳极,形成阳极消失现象。

 

第四:靶中毒的物理解释
1)一般情况下,
金属化合物二次电子发射系数比金属的高,靶中毒后,靶材表面都是金属化合物,在受到离子轰击之后,释放的二次电子数量增加,提高了空间的导通能力,降低了等离子体阻抗,导致溅射电压降低。从而降低了溅射速率。一般情况下磁控溅射的溅射电压在400V-600V之间,当发生靶中毒时,溅射电压会显著降低。(2金属靶材与化合物靶材本来溅射速率就不一样,一般情况下金属的溅射系数要比化合物的溅射系数高,所以靶中毒后溅射速率低。(3)反应溅射气体的溅射效率本来就比惰性气体的溅射效率低,所以反应气体比例增加后,综合溅射速率降低。

第五:靶中毒的解决办法
1)采用
中频电源射频电源

(2)采用闭环控制反应气体的通入量。

(3)采用孪生靶

(4)控制镀膜模式的变换:在镀膜前,采集靶中毒的迟滞效应曲线,使进气流量控制在产生靶中毒的前沿,确保工艺过程始终处于沉积速率陡降前的模式。

靶表面金属原子溅射比较容易,当把表面变为金属氧化物再溅射就不容易。一般需要射频溅射
离子轰击使靶表面金属原子变得非常活泼,加上靶温升高,使靶表面反应速率大大增加。这时靶面同时进行着溅射和反应生成化合物两种过程。如果溅射速率大于化合物生成率,靶就处于金属溅射态;反之,反应气体压强增加或金属溅射速率减少,靶就可能突然发生化合物形成速率超过溅射速率而停止溅射。
为了减轻靶中毒现象,技术人员常用以下方法解决:(1)将反应气体和溅射气体分别送到基片和靶附近,以形成压强
梯度;(2)提高排气速率;(3)气体脉冲导入;(4等离子体监视等。

 靶中毒是由于在溅射过程中带正电的离子聚集在靶表面,没有得到中和,出现靶表面负偏压逐步下降,最后干脆罢工不工作了,这就是靶中毒现象。

 靶材中毒主要原因是介质合成速度大于溅射产额(氧化反应气体通入太多),造成导体靶材丧失导电能力,只有提高击穿电压,才能起辉,电压过高容易发生弧光放电。现象:靶电压长时间不能达到正常,一直处于低电压运行状态,并伴有弧光放电;靶表面呈现白色附着物或密布针状灰色放电痕迹。若要彻底杜绝靶中毒,必须用中频电源射频电源代替直流电源;减少反应气体的通入量、提高溅射功率,清理靶材上的污染物(特别是油污)、选用真空性能好的防尘灭弧罩等方法均可有效防止靶中毒现象的发生。靶材内冷却水浸泡的磁铁,有污渍,只要磁场强度足够,冷却效果良好,对靶材影响不大。

  污渍影响不大~打火是有绝缘部位造成的,一般是局部中毒或者物。靶材中毒是因为功率密度太低,相对于过量的反应气体不能及时蒸发掉(或溅射),会残留靶材表面,造成导电性能下降,从而进入中毒状态。轻者无法起辉光,重者报废电源




2020年06月13日

磁控溅射中靶中毒是怎么回事,一般的影响因素是什么?

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