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反应磁控溅射研究进展佟洪波1,柳青1,巴德纯2(1.辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001;2.东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110004)摘要:本文综述了反应磁控溅射技术的发展状态。分析了迟滞效应以及消除该效应的方法。这些方法包括(a)增加真空泵抽速;(b)阻止反应气体和靶接触;(c)控制反应气体分压;(d)减小靶面积。另外,还分析了弧光的起因并讨论了避免弧光的方法。采用单极或双极脉冲技术可以有效的消除弧光现象。最后展望了反应磁控溅射的发展趋势。关键词:反应磁控溅射;迟滞效应;弧光中图分类号:TB43;O484文献标识码:A文章编号:1002-0322(2008)03-0051-04RecentdevelopmentofreactivemagnetronsputteringTONGHong-bo1,LIUQing1,BADe-chun2(1.SchoolofMechanicalEngineering,LiaoningShihuaUniversity,Fushun113001,China;2.SchoolofMechanicalEngineeringAutomation,NortheasternUniversity,Shenyang110004,China)Abstract:Surveystherecentdevelopmentofreactivemagnetronsputteringprocessforthinfilmdepositionandanalyzesthehysteresiseffectintheprocesstoeliminateit.Thewaytoeliminateitincludes(a)increasingthepumpingspeed;(b)stoppingthereactivegasincontactwithtarget;(c)controllingthepartialpressureofreactivegas;(d)decrasingthetargetarea.Inaddition,thecauseofarcingandhowtoavoiditarediscussed,anditwasfoundthattheunipolarorbipolarpulsingtechniquescangetridofthearcingphenomenon.Adevelopmentaltrendofreactivemagnetronsputteringprocessisgiven.Keywords:reactivemagnetronsputtering;hysteresiseffect;arcing反应磁控溅射技术是将一种反应气体加入到惰性溅射气体中,与被溅射出来的靶材金属原子发生反应从而在衬底上形成化合物的一种薄膜制备方法。1950年,采用直流二级反应溅射系统制备Ta2N薄膜电阻器是最早采用反应溅射制备薄膜的例子[1]。从那以后,反应溅射被广泛的研究,特别是1960年发明了射频(RF)反应溅射以后[2],在此后二十多年反应溅射发展更加迅速,又成功开发了中频(MF)交流(AC)(一般频率为40kHz)和脉冲直流(DC)(10~200kHz)反应溅射技术。反应溅射能制备化合物薄膜,将各种反应气体和金属靶结合可以合成有多方面应用的单一或多组分化合物,并且由于反应溅射具有灵活、通用、方便以及操作温度低等优点使得该项技术应用广泛。反应溅射被广泛的应用在建筑玻璃、卷绕涂层、刀具涂层、光学薄膜、管件及金属五金件装饰涂层、微电子器件、汽车玻璃、镜面、微机电系统(MEMS),声表面波器件和透明导电氧化物薄膜等场合。理想的反应溅射过程应该是发生在衬底表面,但实际上反应不但发生在衬底上,同时还发生在靶材上。这就导致了反应溅射的经典问题:反应溅射过程具有明显的非线性迟滞特征,如图1所示。反应溅射过程可以根据在薄膜沉积中反应气体的数量而分成三种模式[3]:(1)金属模式,(2)过渡模式,(3)反应模式。由于迟滞现象,反应模式时沉积速率相对金属模式出现很大的下降。出现迟滞的主要原因是反应气体和靶表面金属原子发生反应生成化合物导致靶中毒。靶中毒的程度取决于靶表面溅射速率和反应速率之间的竞争。同时,由于离子轰击导致二次电子发射,通常化合物二次电子发射系数要高于金属二次电子发射系数,这样根据欧姆定律可知此时等离子阻抗降低,最终结果靶电压也会出现迟滞现象。收稿日期:2008-02-02作者简介:佟洪波(1972-),男,辽宁省锦州市人,博士,讲师。联系人:巴德纯,教授,博导。图1典型反应溅射过程沉积速率(上)和反应气体分压(下)与反应气体流量之间的关系曲线Fig.1Depositionrate(upper)andreactivegas