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二次电子在环状磁场的控制下，运动的路径不仅很长，而且还被束缚在靠近靶材表面的等离子体区，它在该区域中电离出了大量的Ar+离子用来轰击靶材，从而实现了磁控溅射沉积速率高的特点。随着碰撞次数的增加，电子e的能量消耗殆尽，逐步远离靶材表面，并且在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，所以基片的温度较低。
磁控溅射的基本原理就是以磁场来改变电子的运动方向，并且束缚和延长电子的运动轨迹，从而提高了电子对工作气体的电离几率，并有效地利用了电子的能量，所以使正离子对靶材的轰击而引起的靶材溅射更加有效。同时，受到正交电磁场束缚的电子，又只能在其能量要消耗完时才沉积在基片上。这就是磁控溅射具有“低温”、“高速”两大特点的道理。
图2.3 磁控溅射原理示意图
另外，磁控溅射法能够得到广泛应用，是由该技术有别于其它镀膜方法的特点所决定的。其特点可归纳为
（1）可制备成靶材的各种材料均可作为薄膜材料，包括各种金属、半导体、铁磁材料，以及绝缘的氧化物、陶瓷、聚合物等物质，尤其适合高熔点和低蒸汽压的材料沉积镀膜；
（2）在适当条件下多元靶材共溅射方式，可沉积所需组分的混合物、化合物镀膜；
（3）控制真空中的气压、溅射功率，基本上可获得稳定的沉积速率；
（4）通过控制溅射镀膜时间，可获得均匀的高精度的膜厚，且重复性好；
（5）磁控溅射的靶材的利用率可达到70％～80％；
2.3 Cu薄膜的制备
2.3.1 实验工艺条件的选择
由于磁控溅射法制备薄膜[20]过程中，不同的工艺条件和工艺参数对薄膜的沉积速率和微观形貌的影响是不同的，而对于每一种靶材和溅射设备都有最佳的溅射气压和溅射功率。本论文制备Cu薄膜的工艺条件如表2.1所示。
表2.1 Cu膜制备工艺条件
参数 数值
工作压强/Pa
Ar气质量流量/SCCM
功率档（功率/W） 0.4
32
60
由于退火处理过程硅基片表面上的铜膜部分脱落，因此先在硅基片上镀一层钛，作为硅基片和铜膜之间的粘附层，然后在钛层上镀铜。Ti的最佳制备工艺条件如表2.2所示，工艺流程如图2.4所示。
表2.2 Ti膜制备工艺条件
参数 数值
工作压强/Pa
Ar气质量流量/SCCM
功率档（功率/W） 0.4
32
60
在制备薄膜之前需要对基片进行离子束清洗，其实验工艺条件见表2.3。
表2.3 离子束清洗工艺条件
参数 数值
真空度/Pa
Ar气流量/SCCM
中和灯丝电流/A
偏置电流/mA
加速电压/V
阳极电压/V
屏极电压/V
阴极电压/V
等离子体束流/mA 0.025
8.00
12
150
200
60
400
14
60
图2.4 钛-铜薄膜的工艺流程图
2.3.2 操作步骤
真空镀膜装置的操作界面如图2.5所示，具体操作步骤如下：
（1）检查水电情况，准备实验样品；
（2）打开真空室放气阀，开真空室，安装将要镀的靶材和基片，关真空室；
（3）打开总电源开关，开水源对设备提供冷却水；
（4）打开机械泵的电源开关，同时打开旁抽2、开真空计，对真空室抽真空；打开磁控溅射和离子束清洗装置的所有开关；
（5）当真空计指数达到8Pa以内时，关闭旁抽2，打开旁抽1，同时开启分子泵，打开闸板阀，抽极限真空；
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