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)正離子堆積：靶中毒時，靶面形成一層絕緣膜，正離子到達陰極靶面時由于絕緣層的阻擋，不能直接進入陰極靶面，而是堆積在靶面上，容易產生冷場致弧光放電---打弧，使陰極濺射無法進行下去。（2）陽極消失：靶中毒時，接地的真空室壁上也沉積了絕緣膜，到達陽極的電子無法進入陽極，形成陽極消失現象。

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射系數比金屬的高，靶中毒后，靶材表面都是金屬化合物，在受到離子轟擊之后，釋放的二次電子數量增加，提高了空間的導通能力，降低了等離子體阻抗，導致濺射電壓降低。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）反應濺射氣體的濺射效率本來就比惰性氣體的濺射效率低，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）采用中頻電源或射頻電源。

（2）采用閉環控制反應氣體的通入量。

（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曲線，使進氣流量控制在產生靶中毒的前沿，確保工藝過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，當把表面變為金屬氧化物再濺射就不容易。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）將反應氣體和濺射氣體分別送到基片和靶附近，以形成壓強梯度；（2）提高排氣速率；（3）氣體脈沖導入；（4）等離子體監視等。

 靶中毒是由于在濺射過程中帶正電的離子聚集在靶表面，沒有得到中和，出現靶表面負偏壓逐步下降，最后干脆罷工不工作了，這就是靶中毒現象。

 靶材中毒主要原因是介質合成速度大于濺射產額（氧化反應氣體通入太多），造成導體靶材喪失導電能力，只有提高擊穿電壓，才能起輝，電壓過高容易發生弧光放電。現象：靶電壓長時間不能達到正常，一直處于低電壓運行狀態，并伴有弧光放電；靶表面呈現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象的發生。靶材內冷卻水浸泡的磁鐵,有污漬，只要磁場強度足夠，冷卻效果良好，對靶材影響不大。

  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。靶材中毒是因為功率密度太低，相對于過量的反應氣體不能及時蒸發掉（或濺射），會殘留靶材表面，造成導電性能下降，從而進入中毒狀態。輕者無法起輝光，重者報廢電源。