磁控溅射靶材中毒分析及解决办法是什么?
靶材中毒是指靶材发生反应,成分发生变化。例如工艺TiN,Ti靶与N2反应生成TiN,工艺完后,则Ti靶表面有一层TiN。我们称这种现象为靶材中毒。
目标材料中毒现象一:目标电压长期无法达到正常,一直处于低电压运行状态,伴有弧光放电;一般来说,磁控溅射的溅射电压在400V-600V之间,当目标中毒发生时,溅射电压会显著降低。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。
现象二:靶表面呈白色附着物或密布针状灰色放电痕迹。溅射靶材表面有可能形成了氧化物或者氮化物等。
靶材中毒主要是由于导体靶材因介质合成速度大于溅射速度而失去导电能力。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。在实际使用过程中,只有有效地提高击穿电压的强度,才能正常工作。
溅射靶材中毒的直接原因
1.靶材长期放置在空气中,导致Al等表面产生氧化物;
2.直流溅射Zrn等不适当的溅射电源容易中毒;
3.处理不当,如溅射后靶材冷却不足,充气,导致靶中毒;
4.目标冷却水失效,导致目标材料在高温下与其他气体发生反应,产生较厚的化合物,几乎常用的金属目标材料;
5.真空室漏气或漏水,真空室有挥发性成分,不充氩气、空气或其他气体,可能引起中毒,与靶材反应,成为覆盖靶材表面的黑色物质,影响成膜速度。
解决办法
1.防止靶材中毒,首先要保证真空室不漏水,清洁内部,去除挥发性成分等;
2.必须用中频电源或射频电源代替直流电源;
3.减少反应气体的通入,提高溅射功率,清理靶材上的污染物(特别是油污),选择真空性能好的防尘灭弧罩,可有效防止靶中毒;
4.保持清洁的靶面,保持很高的抽速,中毒问题可以解决;
5.用中产源或射频源将靶材打一两个小时,即可恢复。将靶材拆出来,用砂纸抛光。