磁控濺射中靶中毒是怎么回事，一般的影響因素是什么？

2023/02/28

第一：靶面金屬化合物的形成。
由金屬靶面通過(guò)反應(yīng)濺射工藝形成化合物的過(guò)程中，化合物是在哪里形成的呢？由于活性反應(yīng)氣體粒子與靶面原子相碰撞產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成化合物原子，通常是放熱反應(yīng)，反應(yīng)生成熱必須有傳導(dǎo)出去的途徑，否則，該化學(xué)反應(yīng)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。在真空條件下氣體之間不可能進(jìn)行熱傳導(dǎo)，所以，化學(xué)反應(yīng)必須在一個(gè)固體表面進(jìn)行。反應(yīng)濺射生成物在靶表面、基片表面、和其他結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行。在基片表面生成化合物是我們的目的，在其他結(jié)構(gòu)表面生成化合物是資源的浪費(fèi)，在靶表面生成化合物一開(kāi)始是提供化合物原子的源泉，到后來(lái)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(yīng)氣體和濺射氣體的比例，反應(yīng)氣體過(guò)量就會(huì)導(dǎo)致靶中毒。反應(yīng)濺射工藝進(jìn)行過(guò)程中靶表面濺射溝道區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)被反應(yīng)生成物覆蓋或反應(yīng)生成物被剝離而重新暴露金屬表面此消彼長(zhǎng)的過(guò)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(yīng)氣體量增加，化合物生成率增加。如果反應(yīng)氣體量增加過(guò)度，化合物覆蓋面積增加，如果不能及時(shí)調(diào)整反應(yīng)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(jìn)一步被化合物覆蓋，當(dāng)濺射靶被化合物全部覆蓋的時(shí)候，靶完全中毒。

第三：靶中毒現(xiàn)象

(1)正離子堆積：靶中毒時(shí)，靶面形成一層絕緣膜，正離子到達(dá)陰極靶面時(shí)由于絕緣層的阻擋，不能直接進(jìn)入陰極靶面，而是堆積在靶面上，容易產(chǎn)生冷場(chǎng)致弧光放電---打弧，使陰極濺射無(wú)法進(jìn)行下去。（2）陽(yáng)極消失：靶中毒時(shí)，接地的真空室壁上也沉積了絕緣膜，到達(dá)陽(yáng)極的電子無(wú)法進(jìn)入陽(yáng)極，形成陽(yáng)極消失現(xiàn)象。

第四：靶中毒的物理解釋
（1）一般情況下，金屬化合物的二次電子發(fā)射系數(shù)比金屬的高，靶中毒后，靶材表面都是金屬化合物，在受到離子轟擊之后，釋放的二次電子數(shù)量增加，提高了空間的導(dǎo)通能力，降低了等離子體阻抗，導(dǎo)致濺射電壓降低。從而降低了濺射速率。一般情況下磁控濺射的濺射電壓在400V-600V之間，當(dāng)發(fā)生靶中毒時(shí)，濺射電壓會(huì)顯著降低。（2）金屬靶材與化合物靶材本來(lái)濺射速率就不一樣，一般情況下金屬的濺射系數(shù)要比化合物的濺射系數(shù)高，所以靶中毒后濺射速率低。（3）反應(yīng)濺射氣體的濺射效率本來(lái)就比惰性氣體的濺射效率低，所以反應(yīng)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）采用中頻電源或射頻電源。

（2）采用閉環(huán)控制反應(yīng)氣體的通入量。

（3）采用孿生靶

（4）控制鍍膜模式的變換：在鍍膜前，采集靶中毒的遲滯效應(yīng)曲線，使進(jìn)氣流量控制在產(chǎn)生靶中毒的前沿，確保工藝過(guò)程始終處于沉積速率陡降前的模式。

 靶表面金屬原子濺射比較容易，當(dāng)把表面變?yōu)榻饘傺趸镌贋R射就不容易。一般需要射頻濺射。
離子轟擊使靶表面金屬原子變得非?；顫?，加上靶溫升高，使靶表面反應(yīng)速率大大增加。這時(shí)靶面同時(shí)進(jìn)行著濺射和反應(yīng)生成化合物兩種過(guò)程。如果濺射速率大于化合物生成率，靶就處于金屬濺射態(tài)；反之，反應(yīng)氣體壓強(qiáng)增加或金屬濺射速率減少，靶就可能突然發(fā)生化合物形成速率超過(guò)濺射速率而停止濺射。
為了減輕靶中毒現(xiàn)象，技術(shù)人員常用以下方法解決：（1）將反應(yīng)氣體和濺射氣體分別送到基片和靶附近，以形成壓強(qiáng)梯度；（2）提高排氣速率；（3）氣體脈沖導(dǎo)入；（4）等離子體監(jiān)視等。

 靶中毒是由于在濺射過(guò)程中帶正電的離子聚集在靶表面，沒(méi)有得到中和，出現(xiàn)靶表面負(fù)偏壓逐步下降，最后干脆罷工不工作了，這就是靶中毒現(xiàn)象。

 靶材中毒主要原因是介質(zhì)合成速度大于濺射產(chǎn)額（氧化反應(yīng)氣體通入太多），造成導(dǎo)體靶材喪失導(dǎo)電能力，只有提高擊穿電壓，才能起輝，電壓過(guò)高容易發(fā)生弧光放電。現(xiàn)象：靶電壓長(zhǎng)時(shí)間不能達(dá)到正常，一直處于低電壓運(yùn)行狀態(tài)，并伴有弧光放電；靶表面呈現(xiàn)白色附著物或密布針狀灰色放電痕跡。若要徹底杜絕靶中毒，必須用中頻電源或射頻電源代替直流電源；減少反應(yīng)氣體的通入量、提高濺射功率，清理靶材上的污染物（特別是油污）、選用真空性能好的防塵滅弧罩等方法均可有效防止靶中毒現(xiàn)象的發(fā)生。靶材內(nèi)冷卻水浸泡的磁鐵,有污漬，只要磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠，冷卻效果良好，對(duì)靶材影響不大。

  污漬影響不大~打火是有絕緣部位造成的，一般是局部中毒或者臟物。靶材中毒是因?yàn)楣β拭芏忍?，相?duì)于過(guò)量的反應(yīng)氣體不能及時(shí)蒸發(fā)掉（或?yàn)R射），會(huì)殘留靶材表面，造成導(dǎo)電性能下降，從而進(jìn)入中毒狀態(tài)。輕者無(wú)法起輝光，重者報(bào)廢電源。