什么是靶材中毒？

靶材中毒指的是靶材发生了反应，成分发生了变化。例如，在TiN的沉积过程中，钛靶与氮气反应生成TiN。过程完成后，钛靶的表面会形成一层TiN，这种现象被称为靶材中毒。

靶材中毒的表现

靶电压异常：靶材的电压长时间无法达到正常值，处于低电压状态，并伴随有电弧放电。通常，磁控溅射的靶电压在400V-600V之间；当靶材中毒时，电压会显著下降。金属靶与化合物靶的溅射速率不同，通常金属靶的溅射系数高于化合物靶，因此靶材中毒后溅射速率较低。

靶材表面变化：靶材表面出现白色附着物或密集的针状灰色放电痕迹，可能形成氧化物或氮化物。

靶材中毒的根本原因

靶材中毒主要是因为介质合成速度大于溅射速度，导致导电靶材失去导电性，表面形成一层绝缘膜。当正离子到达阴极靶表面时，由于绝缘层的屏障，它们无法直接进入靶材表面，容易引发冷场电弧放电，进而影响溅射过程。在实际使用中，只有有效提高击穿电压的强度，靶材才能正常工作。

靶材中毒的直接原因

靶材长期暴露在空气中，导致表面形成氧化物，例如铝的氧化物。

不适用的溅射电源，例如直流溅射容易导致锆氮化物（ZrN）中毒。

处理不当，靶材在溅射后未能充分冷却或膨胀，可能导致中毒。

冷却水故障，导致靶材在高温下与其他气体反应，产生更厚的化合物，这在常见金属靶中尤其明显。

真空室泄漏或漏水，导致室内有挥发成分。如果没有充入氩气，空气或其他气体可能会进入，从而导致中毒。这些成分与靶材反应，形成覆盖在靶材表面的黑色物质，影响薄膜形成速度。

解决靶材中毒的方法

确保真空室不泄漏，清洁内部，去除挥发成分等，以防靶材中毒。

使用中频电源或射频电源，而非直流电源。

采取减少反应气体量、增加溅射功率、清理靶材上的污染物（尤其是油）、选择具有良好真空性能的防尘电弧罩等方法，可以有效防止靶材中毒的发生。

保持靶材表面清洁并维持高抽气速度，可以解决中毒问题。

通过中级源或射频源对靶材进行一到两个小时的处理，恢复靶材的性能。随后可用砂纸对靶材进行打磨。