磁控溅射靶材技术要求

1.纯度

靶材的纯度对溅射薄膜的性能影响很大。靶材的纯度越高,溅射薄膜的性能越好。以纯铝靶为例,纯度越高,溅射铝膜的耐蚀性及电学、光学性能越好。不过在实际应用中,不同用途靶材对纯度要求不一样。例如,一般工业用靶材对纯度要求并不苛求,而半导体、显示器体等领域用靶材对纯度要求十分严格;磁性薄膜用靶材的纯度要求一般为99.9%以上,ITO靶中In2O3和SnO2的纯度则要求不低于99.99%

2.杂质含量

靶材作为溅射中的阴极源,材料中的杂质和气孔中的氧和水分是沉积薄膜的主要污染源。靶材对纯度的要求也是对杂质总含量的要求。杂质总含量越低,纯度就越高。此外,不同用途靶材对单个杂质含量也有不同要求。例如,半导体电极布线用W、Mo、Ti等靶材对U、Th等放射性元素的含量要求低于3*10-9;光盘反射膜用的Al合金靶材则要求要含量低于2*10-4。

3.致密度

为了减少靶材固体中的气孔,提高溅射薄膜的性能,一般要求溅射靶材具有较高的致密度。通常,靶材的致密度不仅影响溅射时的沉积速率、溅射粒子的密度和放电现象等,还影响着溅射薄膜的电学和光学性能。靶材越致密,溅射膜粒子的密度越低,放电现象越弱,而薄膜的性能越好。靶材的密度主要取决于靶材制备工艺。一般而言,熔融铸造法制备的靶材致密度高,而粉末冶金法制备的靶材致密度则相对较低。因此,提高靶材的致密度是粉末冶金烧结法制备靶材必须解决的关键技术之一。

4.晶粒尺寸及尺寸分布

通常靶材为多晶结构,晶粒大小可由微米到毫米量级,同一成分的靶材,细小尺寸晶粒靶的溅射速率要比粗晶粒靶快;而晶粒尺寸相差较小的靶,淀积薄膜的厚度也比较均匀。据日本Energy公司研究发现,若将钛靶的晶粒尺寸控制在100um以下,且晶粒大小的变化保持在20%以内,其溅射所得的薄膜的质量可得到大幅度的改善。采用真空熔炼方法制造的靶材可确保靶材内部无气孔存在,但粉末冶金制造的靶材,则极有可能含有一定数量的气孔。气孔的存在会导致溅射时产生不正常的放电而产生杂质粒子。另外,含有气孔的靶材在搬动、运输、安装、操作时,因其密度较低,也极易发生碎裂。

5.结晶取向

由于在溅射时靶材原子容易沿着原子六方最紧密排列方向优先溅射出来,因此,为达到最高溅射速率,可通过改变靶材结晶结构的方法来增加溅射速率。不同材料具有不同的结晶结构,因而应采用不同的成型方法和热处理方法。材料的结晶方向对溅射膜的厚度均匀性影响也较大。

    6.成分与结构均匀性

成分与结构均匀性也是考察靶材质量的重要指标之一。对于复相结构的合金靶材和复合靶材,不仅要求成分的均匀性,还要求组织结构的均匀性。例如,ITO靶为In2O3-SnO2的混合烧结物,为了保证ITO靶的质量,要求ITO靶中的In2O3-SnO2组成均匀,分子比应为93:7或91:9。

7.几何形状与尺寸

主要体现在加工精度和加工质量方面,如表面平整度、粗糙度等。如靶材粗糙化处理可使靶材表面布满丰富的凸起尖端,在尖端效应的作用下,这些凸起尖端的电势将大大提高,从而击穿介质放电,但是过大的凸起对于溅射的质量和稳定性是不利的。