靶材中毒
"靶材中毒"是指在磁控溅射镀膜过程中,由于反应气体(如氮气、氧气等)的引入,导致靶材表面与这些气体发生化学反应,形成一层化合物覆盖层(如氮化物、氧化物等)。这层化合物改变了靶材表面的性质,阻碍了正常的溅射过程,表现为溅射速率显著下降、溅射电压异常降低(通常低于正常工作的400-600V范围)、工艺不稳定并可能伴随弧光放电的现象。其核心机制和关键点如下:
[*]中毒本质:
[*]反应气体过量,与靶材表面原子发生化学反应,形成化合物绝缘层或半导体层。
[*]例如,在沉积氮化钛(TiN)时,若氮气(N2)过多,金属钛(Ti)靶表面会形成一层氮化钛(TiN): Ti + N2 → TiN (覆盖在靶表面)。
[*]这层化合物覆盖了靶材的活性溅射位点。
[*]化合物层的导电性显著低于金属靶材本身,导致正离子在靶表面积聚无法有效中和,降低了靶表面的负偏压。
[*]主要现象:
[*]溅射电压显著降低:从正常的400-600V范围下降到较低水平(如200V左右),且维持低电压运行状态。
[*]溅射速率急剧下降:化合物层的溅射产额远低于金属靶材,导致薄膜沉积速率变慢。
[*]放电异常不稳定:容易产生弧光放电(打弧),破坏镀膜过程和薄膜质量。
[*]工艺控制困难:电压和沉积速率无法稳定维持。
[*]关键诱发因素:
[*]反应气体流量过大或比例过高(相对于溅射气体氩气)。
[*]工艺参数(如功率、压力)设置不当,不足以维持稳定的金属溅射模式。
[*]靶材本身导电性较差时更易发生。
总结:靶材中毒是反应磁控溅射中的一种异常状态,由过量反应气体在靶材表面形成化合物层引起,导致溅射效率降低、工艺不稳定和薄膜质量下降。其核心特征是靶电压异常降低和溅射速率下降。
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