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合金膜的濺射沉積方法

來源:真空技術網(www.sakcw.tw)真空技術網整理 作者:真空技術網

  為使濺射系統所用靶的數量減少,盡量用一個靶就能濺射沉積制取符合成分及性能要求的合金薄膜,可以采用合金靶、復合鑲嵌靶、以及采用多靶濺射等。

  一般說來,在放電穩定狀態下,按照靶的成分,各種構成原子分別受到濺射作用,濺射鍍膜比真空蒸鍍和離子鍍的一個優越之處在于:膜層的組分和靶的組分差別較小,而且鍍層組分穩定。不過,在有些情況下,由于不同組成元素的選擇濺射現象、膜層的反濺射率以及附著力不同,會引起膜層和靶的成分有較大的差別。使用這種合金靶,為了制取確定組分的膜,除了根據實驗配制特定配比的靶并盡量降低靶的溫度之外,還要盡可以降低基片溫度以便減少附著率的差別,并選擇合適的工藝條件盡量減少對膜層的反濺射作用。

  在有些情況下,不易制備大面積的均勻合金靶、化合物靶,這時可以采用由單元素組成的復合鑲嵌靶,靶表面的構成如圖1所示。其中圖d所示的扇形鑲嵌結構效果最好,易于控制膜的成分,重復性也好。從原理上講,不僅二元合金,三元、四元等合金膜都可以用這種方法制取。

合金膜的濺射沉積方法

圖1 各種不同結構的復合靶

(a) 方塊鑲嵌靶;(b) 圓塊鑲嵌靶;(c) 小方塊鑲嵌靶;(d) 扇形鑲嵌靶

  為在濺射膜中做出相應的成分分布,可采用如圖2所示的鑲嵌靶材。圖中是在一塊Ti基體靶材的刻蝕區上鉆孔鑲嵌Al材料的復合靶,用來制取Ti Al N合金膜或化合物膜。由圖中可以看出,在基片的不同位置上,膜成分是不同的,Al材料的鑲嵌位置和數量對應著確定的合金成分,因此用這種方法制取各種成分的合金或化合物膜是十分方便的。

合金膜的濺射沉積方法

圖2 Ti-Al鑲嵌復合靶

  多靶濺射的結構如圖3所示。使基片在兩個以上靶的上方轉動,控制每種膜的沉積厚度為一個或幾個原子層,輪翻沉積,這樣就能制取化合物膜。例如,有人使用InSb和GaSb靶,制得了In1-xGax Sb單晶膜。雖然這種裝置復雜一些,但是通過控制基片的轉動速度和改變各個靶上所加的電壓,可以得到任意組分的膜;按照鍍膜的時間,控制這些參數,可以在膜厚的方向上任意改變膜的組分,而且能獲得超晶格結構。

合金膜的濺射沉積方法

圖3 多靶濺射結構示意圖

  當要求合金膜各成分之間相差很大時,一般要采用輔助陰極法。主陰極靶由合金的主要成分制成,輔助陰極靶由合金的添加成分制成。對各個靶同時進行濺射,以形成合金膜。通過調節輔助陰極靶的電流,可以任意改變合金膜中添加成分的數量。

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