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溅射原理,,燿正达靶材科技(深圳)有限公司 关永锋 08/07/16,阴极表面会有什么发生？,当离子撞击靶材表面时，有４种重要的作用,A，重新结合，中性化离子 B，发射出二次电子 C，阴极体发热 D，阴极表面溅射,,,A，重新结合，中性化离子,①由电源提供的电子覆盖在阴极表面 离子获得其中一个这样的电子，重新结合成气体原子 阴极辉光产生 这个气体原子被反弹 这个气体原子准备下一次的离子化 结合掉的电子被供电电源重新填补上 产生一股可测定的电流I②,B，发射出二次电子,③离子从阴极表面释放电子 二次电子产生依靠： 阴极/靶材的材质 气体离子种类 释放掉的电子同样被供电电源给填补 一股电流I②产生,,自由的，已经被释放的电子在电场中加速冲向阳极（基片，腔室壁） 在这个过程中，④它们可离子气体原子,C，阴极体发热,⑤加速离子撞击静止的阴极表面 离子的动量传给了阴极表面上的原子 阴极表面附近的原子开始振荡，相当于温度的升高超过了95％的离子的能量被转化成了热 冷却阴极是必要的（每1KW的功率需1L/min的冷却水）,D，阴极表面溅射,加速的离子撞击静止的阴极表面 离子的动量传给了阴极表面附近的原子，使得5－10nm深的原子发生振动 动量被分给了多个原子 ⑥阴极表面附近的原子可以离开表面（大约1nm深） 它们以电中性的原子形式穿过等离子体向各个方向发射（30－40eV，3－17km/s）,,反应溅射,,化合物（氧化物，氮化物）作为沉积材料,在溅射，蒸发和传输到基片的过程中，如果是一化合物（如，TiN，SiO2）作为沉积材料会发生： 靶材分子分裂 膜的特性改变 靶材表面中毒,靶材分子分裂,在溅射过程中化合物会分裂。

不仅原先的靶材粒子溅到基片上，还会有部分的化合物或单个的成分,膜的特性改变,膜不是100％的靶材材料，还会有其它化合物组成以致改变膜的特性 为避免这个，反应气体被加入工艺过程中 氧化物加氧气 氮化物加氮气 所以分裂的氧化物或氮化物以结合成原靶材的化合物了 反应可能会在基片或靶材表面上膜的特性改变例子,TiN作为沉积材料,TiN溅射，它被分裂成Ti原子和N原子 N原子反应直接变成N2 N2不活跃，并可能被抽出去 金属态的Ti溅到基片上TiNx沉积（x1) 加入反应气体可以弥补这点,氧化物,当从SiO2靶或Si靶溅射氧化物（如SiO2），氧气作为工艺气体被加入 反应气体的量一般是非常小的（1sccm左右） 这么小流量的反应气体靠经验来控制 因此经常用氩气与氧气的混合气体（如，８５％Ar＋１５％O2）,,注意：在任何情况下，反应气体量的控制都必须很精确！ 钛，硅： 金属钛和硅跟氮气，氧气的反应均不激烈 等离子中，金属原子和气体原子被激活和离子化（气体） 这个使得金属原子和气体原子（离子）之间反应成为可能,靶材表面中毒,另外一个问题是气体（如氧气）和靶材表面反应 金属靶材会氧化并失去导电性 绝缘靶采用直流溅射是不可能的 直流和射频溅射反应过程的溅射率更低，因为通常纯金属比它们的氧化物有更高的溅射率 膜的性可能会改变,工作点,,,。