合金膜的濺射沉積方法
為使濺射系統(tǒng)所用靶的數(shù)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(fù)合鑲嵌靶、以及采用多靶濺射等,。
一般說來,,在放電穩(wěn)定狀態(tài)下,,按照靶的成分,各種構(gòu)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*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(wěn)定。不過,,在有些情況下,,由于不同組成元素的選擇濺射現(xiàn)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(jù)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(fù)合鑲嵌靶,,靶表面的構(gòu)成如圖1所示。其中圖d所示的扇形鑲嵌結(jié)構(gòu)效果更好,,易于控制膜的成分,,重復(fù)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,。
圖1 各種不同結(jié)構(gòu)的復(fù)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(yīng)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(qū)上鉆孔鑲嵌Al材料的復(fù)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(shù)量對應(yīng)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,。
圖2 Ti-Al鑲嵌復(fù)合靶
多靶濺射的結(jié)構(gòu)如圖3所示,。使基片在兩個以上靶的上方轉(zhuǎn)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(fù)雜一些,但是通過控制基片的轉(zhuǎn)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(shù),,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(jié)構(gòu)。
圖3 多靶濺射結(jié)構(gòu)示意圖
當(dāng)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(jìn)行濺射,,以形成合金膜。通過調(diào)節(jié)輔助陰極靶的電流,,可以任意改變合金膜中添加成分的數(shù)量,。