溅射，特别是磁控溅射中的靶材中毒，是指由于靶材表面吸收或氮化反应性气体（如氮气）而导致薄膜沉积率降低的现象。当活性气体分压增加时，会在靶表面形成化合物，从而降低溅射效率。因此，喷射出的靶原子数减少，基底上的薄膜生长率降低。这个问题在反应溅射工艺中尤为普遍，在这种工艺中，有意引入反应气体以形成化合物薄膜。为减轻靶材中毒，通常会采用提高电离率或优化气体流量等改进措施。
要点说明：
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目标中毒的定义:
- 靶材中毒是指在溅射过程中，由于靶材表面吸收反应气体（如氮气）或发生化学反应，导致薄膜沉积速率降低。
- 这种现象在反应性溅射工艺中最常见，反应性气体用于形成氮化物或氧化物等化合物薄膜。
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靶材中毒机理:
- 当活性气体（如氮气）的分压增加时，气体分子会被吸收到靶表面。
- 这种吸收会在靶表面形成化合物层（如氮化物）。
- 由于靶材料的导电性或反应性降低，化合物层减少了可用于溅射的自由靶原子数量。
- 因此，喷射出的靶原子数量减少，基底上的沉积率降低。
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对溅射工艺的影响:
- 降低沉积率:目标中毒的主要后果是基底上的薄膜生长率显著降低。
- 反应气体供应增加:目标表面中毒后，会有更多的活性气体进一步毒化目标，从而形成一个反馈循环，使问题更加严重。
- 薄膜成分的变化:沉积薄膜的化学成分也可能会发生变化，因为靶材表面提供所需材料的效率会降低。
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受影响的溅射类型:
- 靶材中毒特别适用于 反应溅射 即引入反应气体形成化合物薄膜。
- 也可发生在 磁控溅射 尤其是在使用氮气或氧气作为反应气体时。
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缓解策略:
- 增加电离:通过提高反应气体的电离度，可以提高溅射过程的效率，降低靶材中毒的可能性。
- 优化气体流量:控制反应气体的流速和分压有助于在薄膜形成和目标中毒之间保持平衡。
- 脉冲溅射:脉冲直流溅射等技术可通过定期清洁靶表面来减少靶中毒。
- 靶旋转:在某些系统中，旋转目标有助于更均匀地分布反应气体，减少局部中毒。
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与设备和耗材采购商的相关性:
- 对于溅射设备和耗材的购买者来说，了解靶材中毒对于选择合适的系统和材料至关重要。
- 具有先进电离和气流控制功能的系统可以更有效地减轻靶材中毒。
- 应根据靶材的抗中毒能力来选择靶材等消耗品，特别是在反应溅射应用中。
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与其他溅射技术的比较:
- 在 直流二极管溅射 由于通常不使用反应性气体，因此靶材中毒现象并不常见。
- 射频溅射 由于交变磁场有助于清洁靶材表面，因此更能防止靶材中毒。
- 高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS） 是另一种可通过提供高能脉冲来改善电离和目标清洁效果，从而减少目标中毒的技术。
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结论:
- 靶材中毒是反应式溅射和磁控溅射中的一个重大挑战，会导致沉积率降低和薄膜成分变化。
- 通过了解其机理并实施缓解策略，设备和耗材采购商可以优化其溅射工艺，以获得更好的性能和薄膜质量。
汇总表：
| 方面 | 细节 |
|---|---|
| 定义 | 目标上的活性气体吸收导致沉积率降低。 |
| 机理 | 反应气体在靶上形成化合物，降低溅射效率。 |
| 影响 | 降低沉积率，改变薄膜成分。 |
| 受影响的技术 | 反应溅射、磁控溅射。 |
| 缓解策略 | 增加电离、优化气体流量、脉冲溅射、靶旋转。 |
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