真空PVD合金膜的溅射沉积方法
2019-01-02
一般说来，在放电稳定状态下，按照靶的成分，各种构成原子分别受到溅射作用，溅射镀膜比真空蒸镀和离子镀的一个优越之处在于:膜层的组分和靶的组分差别较小，而且镀层组分稳定。不过，在有些情况下，由于不同组成元素的选择溅射现象、膜层的反溅射率以及附着力不同，会引起膜层和靶的成分有较大的差别。使用这种合金靶，为了制取确定组分的膜，除了根据实验配制特定配比的靶并尽量降低靶的温度之外，还要尽可以降低基片温度以便减少附着率的差别，并选择合适的工艺条件尽量减少对膜层的反溅射作用。
在有些情况下，不易制备大面积的均匀合金靶、化合物靶，这时可以采用由单元素组成的复合镶嵌靶，靶表面的构成如图1所示。其中图d所示的扇形镶嵌结构效果最好，易于控制膜的成分，重复性也好。从原理上讲，不仅二元合金，三元、四元等合金膜都可以用这种方法制取。
1各种不同结构的复合靶
(a)方块镶嵌靶；(b)圆块镶嵌靶；(c)小方块镶嵌靶；(d)扇形镶嵌靶
为在溅射膜中做出相应的成分分布，可采用如图2所示的镶嵌靶材。图中是在一块Ti基体靶材的刻蚀区上钻孔镶嵌Al材料的复合靶，用来制取TiAlN合金膜或化合物膜。由图中可以看出，在基片的不同位置上，膜成分是不同的，Al材料的镶嵌位置和数量对应着确定的合金成分，因此用这种方法制取各种成分的合金或化合物膜是十分方便的。
2Ti-Al镶嵌复合靶
多靶溅射的结构如图3所示。使基片在两个以上靶的上方转动，控制每种膜的沉积厚度为一个或几个原子层，轮翻沉积，这样就能制取化合物膜。例如，有人使用InSb和GaSb靶，制得了In1-xGaxSb单晶膜。虽然这种装置复杂一些，但是通过控制基片的转动速度和改变各个靶上所加的电压，可以得到任意组分的膜；按照镀膜的时间，控制这些参数，可以在膜厚的方向上任意改变膜的组分，而且能获得超晶格结构。
3多靶溅射结构示意图
当要求合金膜各成分之间相差很大时，一般要采用辅助阴极法。主阴极靶由合金的主要成分制成，辅助阴极靶由合金的添加成分制成。对各个靶同时进行溅射，以形成合金膜。通过调节辅助阴极靶的电流，可以任意改变合金膜中添加成分的数量。
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