平面磁控濺射靶及其鍍膜方法

專利名稱:平面磁控濺射靶及其鍍膜方法
本發明是關于平面磁控濺射靶裝置，以及用該裝置鍍制合金膜的鍍膜方法。
平面磁控濺射裝置用于在基體上鍍制薄膜。基體和濺射靶安裝于真空室內。在低氣壓的輝光放電中，作為陰極的靶板被濺射。濺射原子沉積在基體上形成薄膜。
目前，用濺射法制備合金膜的方法，常用的可以分為三類第一類，靶板本身就是合金材料，第二類，分離的多個濺射靶，裝上不同的靶板材料同時進行濺射;第三類鋃嵌靶，即靶板由不同材料鋃嵌而成。第一及第三類都不易實現合金膜成份的連續調節。第二類需要多個電源裝置，成本高，且不易控制。日本日立公司于1983年發明了一種用單靶實現成份連續可調的磁控濺射靶裝置(PatentJS8199-860-4)，它是上述第三類的改進。該裝置采用兩個同心的環狀電磁鐵為磁體，通過隨時調節兩個電磁線圈的勵磁電流的相對強弱，使跑道磁場(或等離子體環)的位置在濺射過程中不斷改變，從而實現薄膜成份的調節。它需要復雜的勵磁電流波形自動控制裝置。
發明的概括本發明的一個主要目的是提供一種使兩種或多種材料同時濺射，並能連續調節薄膜成份的平面磁控濺射靶。該濺射靶的靶板由兩種或多種材料構成。該濺射靶具有兩個或兩個以上的電磁鐵。通過改變各個電磁鐵的勵磁電流，跑道磁場的各個區段的磁場強度比值發生變化，從而實現薄膜成份在一定范圍內的連續調節。
發明的詳細說明圖1是一個平面磁控濺射靶裝置的原理圖。用某種材料制成的靶板1、永磁體2、3、4產生磁力線5。這些磁力線在靶板表面形成一個跑道磁場，如圖2所示。靶板中心為N極，外沿為S磁極。該跑道磁場把等離子體6約束在靶板表面，形成等離子體環(圖2)。真空室容器7接地，並與直流電源8的陽極連接，整個濺射靶裝置與直流源的陰極連結。機殼與濺射靶裝置之間裝有絕緣環9，等離子體中的離子受陰、陽兩電極10、11間所加的電壓加速向靶板碰撞，產生濺射效應。濺射的靶原子沉積在基板(未畫出)上形成薄膜。隨著濺射的進行，在靶表面位于等離子體環下方的區域(稱為跑道)，形成一個環狀的V型刻蝕槽12。圖1中，13是真空密封橡膠圈，14是冷卻水管，15是磁體背板，16是靶背板。
圖3是本發明的平面磁控濺射靶的一個實例構造說明圖(其中，與圖1具有相同作用的部份亦用相同的標號)。A、B兩種材料的矩形塊1a和1b按左右配置構成靶板1。本實例用左、右兩個電磁線圈17a和17b以及三個磁極18、19、20在靶板1的表面產生磁力線分布5，形成的跑道磁場分為兩段5a和5b。靶板中心為N磁極，外沿的兩個S磁極構成環狀。調節左、右兩個電磁線圈的勵磁電流的比值，即可以使跑道磁場左右兩個區段的磁場強度的比值發生變化，從而改變A材料和B材料的濺射速率的比值，從而實現薄膜成份的連續調節。圖3中，靶背板16鑲有銅環21，22是延伸磁極。
作為一例，取A材料為Al，B材料為Cu。表1說明了本發明用于Al-Cu合金膜成份調節的效果。兩電磁線圈的勵磁電流I的變化范圍均為2.7A-6.4A，靶板材料為非鐵磁材料，厚度為7mm時，分別測量了I21a＝2.7A，I21b＝6.4A和I21a＝6.4A，I21b＝2.7A時的靶板表面的磁場強度，結果如圖4中的實線和虛線所示，其中，縱坐標為磁場強度的水平分量(即圖2中的x方向)，橫坐標為距靶板中心的水平距離。在實例中，跑道磁場劃為左右兩個區段，靶板為矩形，由Al和Cu兩種材料配置，Al塊和Cu塊為矩形。
表1是矩形Al塊和Cu塊在本實例中的三種布置情況，並注明了調節兩電磁線圈的勵磁電流的相對比值時，Cu-Al合金膜層中的Al含量的變化范圍。
表1 Cu-Al合金的成份調節
當靶板是鐵磁材料時，為了保證靶板表面有足夠大的磁場強度，本發明采用了延伸磁極至靶板表面的方法。作為一實例，如圖3所示，背板16采用鐵板，11為延伸的磁極。取A材料為Fe，B材料為Cu。表2說明了本發明用于Fe-Cu合金膜成份調節的結果。其中，在每組情況下，兩電磁線圈的勵磁電流I變化范圍均為2.7A～6.4A。靶板材料布置方式如表2所示，分別測量了I21a＝2.7A，I21b＝6.4A和I21a＝6.4A，I21b＝2.7A時的實線和虛線所示，其中，縱坐標為磁場強度的水平分量(即圖2中的x方向)，橫坐標為距靶板中心的水平距離。表2是矩形Al塊和Fe塊在本實例中的三種布置情況。並注明了調節兩電磁線圈的勵磁電流的相對比值時，Cu-Fe合金膜層中的Fe含量的變化范圍。
表2 Cu-Fe合金的成份調節
采用圖3所示的實例裝置，鍍制Al-Cu合金膜(按表1中的第2組靶板布置方式)，測量了鍍制薄膜成份的均勻性。結果表明，在30cm×40cm的面積范圍內，Al成份上下波動＜2%ωt，實驗條件為基板以20轉/分速度旋轉，轉軸為真空室軸線;濺射靶置于真空器壁一側。基板的鍍膜面是對著轉軸放置。平均濺射速率為280 /分。
補正 85100096文件名稱 頁 行 補正前 補正后說明書 1 12 JS8199-860-4 J58199-860-A權利要求
書 1 10 靶極 靶板 1 圖1 (右側)16 12 9 7 11 (右側) 16 13 9 7 11 2 圖3 (指著N極的)1b (指著N極的) 1權利要求
1.一種平面磁控濺射靶裝置，裝有兩種或兩種以上材料構成的靶板，其特征在于配置兩個或兩個以上在靶板內表面產生跑道磁場，並控制該跑道上兩個或兩個以上區段的磁場強度相對比值的電磁鐵。
2.如權利要求
1所述的裝置，其特征在于其中所述的各個電磁鐵共用濺射靶心部的N磁極，各個電磁鐵的S磁極順序排列，構成封閉環狀。
3.如權利要求
1、2所述的裝置，其特征在于其中順序排列的各個S磁極，于分界處采用磁場隔離槽或由非鐵磁材料制成的隔離塊。
4.如權利要求
1、2所述的裝置，其特征在于其中所述的各種不同材料的靶板分別按跑道的各個區段配置。
5.如權利要求
1、2、4所述的裝置，其特征在于其中所述的靶極的材料中的一種或全部可以是厚度在3mm以上的鐵磁材料。
6.采用如權利要求
1、2、3、4所述的平面磁控濺射靶裝置，其特征在于所鍍合金膜的成份可實現連續調節的鍍膜方法。
專利摘要
一種平面磁控濺射靶裝置，至少包含有兩個電磁鐵，靶板由多塊異種材料拼砌而成。通過調節各個電磁鐵的勵磁電流的相對比值，使靶板內表面跑道磁場的各個區段的磁場強度的相對比值發生變化，從而實現所鍍制的合金膜成份在一定范圍內的連續調節。
文檔編號C23C14/34GK85100096SQ85100096
公開日1986年7月16日 申請日期1985年4月1日
發明者范玉殿 申請人:清華大學, 北京儀器廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan