近年来,以集成电路为主要方向的半导体相关产业得到了较快的发展。集成电路电路技术的进步离不开半导体制造工艺的逐步改进,而磁控溅射技术作为半导体生产制造中的重要环节,其工艺需要不断的完善。靶材作为磁控溅射薄膜的主要物质来源,其性能直接影响所镀薄膜的质量。如何通过改变靶材的性能来影响溅射性能乃至镀膜的质量,一直是真空镀膜领域关注的焦点。靶材的生产具有多种技术指标,而有关靶材各个指标与靶材溅射性能以及所镀薄膜沉积性能之间关系的研究尚不充分,且单一的指标很难与复杂的溅射与薄膜过程产生直接的联系,这是靶材研究的主要难点。本文针对不同晶粒度及表面形貌的铜靶以及铜试块,研究了靶材晶粒度对溅射形貌、溅射时靶电压、溅射产额乃至薄膜的厚度分布及结晶情况的影响,探究了铜原始表面与溅射过程中的表面形貌及其变化之间的关系,建立了靶表面形貌和溅射性能之间关系,为靶材生产过程中晶粒大小以及表面粗糙度的选择提供依据。研究发现靶材晶粒度会显著影响靶表面的溅射形貌以及粗糙度,30μm靶材溅射形貌粗糙度为5.6μm,表面较为致密,150μm的靶材溅射形貌粗糙度为8.5μm,且更疏松。而且,靶材表面的形貌会明显影响溅射时相同靶电流下的靶电压乃至I-V特性曲线。靶材原始表面轮廓的平均峰间距越小的靶具有越高的靶电压,当平均峰间距为27.2μm时,靶电压为490 V,当平均峰间距为100.0μm时,靶电压为420 V,这是因为平均峰间距越小,靶表面对Ar+轰击产生的二次电子的再补获作用越强,实际出射靶表面的二次电子产额越低,需要更高的靶电压来维持相同的靶电流。研究还发现靶表面晶粒的溅射机理主要为晶界优先溅射。靶表面晶粒的初始溅射主要发生在晶界,形成晶粒周围的溅射刻蚀斜坡,随着溅射晶界逐渐向晶内扩展,最后晶界刻蚀形成的斜坡面相交于一点,形成锥形凸起。继续溅射刻蚀,凸起的体积将继续减少,直至消失并露出下方晶粒。靶的原始表面形貌也会影响靶的溅射过程。对于原始磨削表面,由于表面缺陷较多,溅射后表面形成大量的凸起,这些凸起需要相对较长时间的400 s溅射才能刻蚀至基本消失,使毛胚铜块的磨削表面变为充分溅射的形貌。对于抛光的铜试块,溅射后表面只形成少量的细小凸起,这些凸起只需较短时间的150 s溅射就能完全被刻蚀而消失,形成和磨削表面被充分溅射之后相同的溅射形貌。在不同晶粒度和表面粗糙度的靶材的镀膜研究中,发现靶材晶粒度对溅射产额的影响较小,且主要通过影响相同靶电流下的靶电压来影响溅射产额。靶材晶粒度对薄膜厚度分布的影响较大,理想的平直靶表面在基片正对靶中心的位置沉积率最高,但实际镀膜中由于靶溅射表面轮廓起伏较大,在此位置沉积率并不一定最高,但基本符合理想平直靶的沉积位置偏心距越大沉积率越低的规律。所镀薄膜的结晶情况与薄膜厚度关系不大,而与沉积的位置有关,偏流越小的位置薄膜晶粒越小。