确切地说，溅射过程在两种不同的压力下运行。首先，真空室被抽至极低的基底压力，通常低于 1x10⁻⁶ 托，以创造一个洁净的环境。然后，引入氩气等工作气体，将压力提高到较高的工作压力，通常在 1 到 100 毫托的范围内，这对于产生溅射所需的等离子体是必需的。
需要理解的核心原理是，溅射压力不是一个单一的数值，而是一个经过精心控制的序列。极低的基底压力确保薄膜的纯度，而特定的、较高的工作压力则决定了沉积薄膜的质量和特性。
溅射中的两个关键压力
成功的溅射沉积从根本上依赖于控制工艺腔室内的两种不同压力状态。每种状态都具有独特且关键的目的。
基底压力：创造洁净的画布
第一步是实现高真空，这被称为基底压力。这涉及清除腔室中的环境空气和水蒸气、氧气等污染物。
低的基底压力，通常低于 1x10⁻⁶ 托，对于最大限度地降低杂质被掺入薄膜的风险至关重要。
易与氧气或水反应的材料可能需要更低的基底压力，以确保最终薄膜具有所需的纯度和性能特征。
工作压力：产生等离子体
一旦建立了洁净的环境，就会向腔室中引入溅射气体（最常见的是氩气）。这会将压力提高到“工作压力”。
此压力必须足够高，以便在施加电压时维持稳定的等离子体。等离子体产生轰击靶材的带电离子。
精确的工作压力是一个关键的控制参数。它直接影响轰击离子的能量以及溅射原子从靶材传输到基底的方式，这反过来又影响最终薄膜的质量。
不正确的压力控制的后果
控制工作压力是一种平衡行为。偏离给定过程的最佳范围会对沉积薄膜的特性产生直接影响。
如果压力过高会发生什么？
当工作压力过高时，溅射气体变得过于致密。从靶材溅射出的原子在到达基底的途中将与气体分子发生更多碰撞。
这种“气体散射”会降低沉积原子的能量，这可能导致薄膜密度降低、孔隙率增加以及附着力变差。
如果压力过低会发生什么？
如果工作压力过低，则可能难以点燃和维持稳定的等离子体。
此外，由于气体分子较少，用于使溅射原子热化的碰撞也较少。这可能导致高能轰击基底，从而引起薄膜应力或损坏。这也可能导致在具有复杂形貌的基底上覆盖台阶效果不佳。
为您的薄膜做出正确的选择
您的目标工作压力应根据最终薄膜所需的特性来选择。这种选择是在薄膜密度和基底覆盖率之间进行权衡。
- 如果您的主要关注点是高密度、高纯度的薄膜： 通常首选较低的工作压力，因为它能最大限度地减少气体散射，并使原子以更高的能量到达基底。
- 如果您的主要关注点是在复杂表面上获得出色的台阶覆盖率： 可能需要较高的工作压力来增加气体散射，从而使溅射原子的到达角度随机化，改善垂直侧壁的覆盖率。
- 如果您的主要关注点是最小化薄膜应力： 您必须找到一个最佳压力，以平衡高能轰击（在低压下）和多孔微结构形成（在高压下）。
最终，掌握溅射压力是控制沉积过程结果的关键。
总结表：
| 压力类型 | 典型范围 | 目的 |
|---|---|---|
| 基底压力 | < 1x10⁻⁶ 托 | 在腔室内创造一个洁净、无污染的环境。 |
| 工作压力 | 1 - 100 毫托 | 维持溅射过程所需的等离子体，控制薄膜特性。 |
实现对薄膜沉积过程的精确控制。
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