CN85100096A

CN85100096A - 平面磁控溅射靶及其镀膜方法

Info

Publication number: CN85100096A
Application number: CN 85100096
Authority: CN
Inventors: 范玉殿
Original assignee: Beijing instrument factory; Tsinghua University
Current assignee: Beijing instrument factory; Tsinghua University; Qinghua University
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1986-07-16
Also published as: CN85100096B

Abstract

一种平面磁控溅射靶装置，至少包含有两个电磁铁，靶板由多块异种材料拼砌而成。通过调节各个电磁铁的励磁电流的相对比值，使靶板内表面跑道磁场的各个区段的磁场强度的相对比值发生变化，从而实现所镀制的合金膜成份在一定范围内的连续调节。

Description

平面磁控溅射靶及其镀膜方法

本发明是关于平面磁控溅射靶装置，以及用该装置镀制合金膜的镀膜方法。

平面磁控溅射装置用于在基体上镀制薄膜。基体和溅射靶安装于真空室内。在低气压的辉光放电中，作为阴极的靶板被溅射。溅射原子沉积在基体上形成薄膜。

目前，用溅射法制备合金膜的方法，常用的可以分为三类：第一类，靶板本身就是合金材料，第二类，分离的多个溅射靶，装上不同的靶板材料同时进行溅射;第三类锒嵌靶，即靶板由不同材料锒嵌而成。第一及第三类都不易实现合金膜成份的连续调节。第二类需要多个电源装置，成本高，且不易控制。日本日立公司于1983年发明了一种用单靶实现成份连续可调的磁控溅射靶装置（Patent：JS8199-860-4），它是上述第三类的改进。该装置采用两个同心的环状电磁铁为磁体，通过随时调节两个电磁线圈的励磁电流的相对强弱，使跑道磁场（或等离子体环）的位置在溅射过程中不断改变，从而实现薄膜成份的调节。它需要复杂的励磁电流波形自动控制装置。

发明的概括

本发明的一个主要目的是提供一种使两种或多种材料同时溅射，並能连续调节薄膜成份的平面磁控溅射靶。该溅射靶的靶板由两种或多种材料构成。该溅射靶具有两个或两个以上的电磁铁。通过改变各个电磁铁的励磁电流，跑道磁场的各个区段的磁场强度比值发生变化，从而实现薄膜成份在一定范围内的连续调节。

发明的详细说明

图1是一个平面磁控溅射靶装置的原理图。用某种材料制成的靶板1、永磁体2、3、4产生磁力线5。这些磁力线在靶板表面形成一个跑道磁场，如图2所示。靶板中心为N极，外沿为S磁极。该跑道磁场把等离子体6约束在靶板表面，形成等离子体环（图2）。真空室容器7接地，並与直流电源8的阳极连接，整个溅射靶装置与直流源的阴极连结。机壳与溅射靶装置之间装有绝缘环9，等离子体中的离子受阴、阳两电极10、11间所加的电压加速向靶板碰撞，产生溅射效应。溅射的靶原子沉积在基板（未画出）上形成薄膜。随着溅射的进行，在靶表面位于等离子体环下方的区域（称为跑道），形成一个环状的V型刻蚀槽12。图1中，13是真空密封橡胶圈，14是冷却水管，15是磁体背板，16是靶背板。

图3是本发明的平面磁控溅射靶的一个实例构造说明图（其中，与图1具有相同作用的部份亦用相同的标号）。A、B两种材料的矩形块1a和1b按左右配置构成靶板1。本实例用左、右两个电磁线圈17a和17b以及三个磁极18、19、20在靶板1的表面产生磁力线分布5，形成的跑道磁场分为两段5a和5b。靶板中心为N磁极，外沿的两个S磁极构成环状。调节左、右两个电磁线圈的励磁电流的比值，即可以使跑道磁场左右两个区段的磁场强度的比值发生变化，从而改变A材料和B材料的溅射速率的比值，从而实现薄膜成份的连续调节。图3中，靶背板16镶有铜环21，22是延伸磁极。

作为一例，取A材料为Al，B材料为C_u。表1说明了本发明用于Al-C_u合金膜成份调节的效果。两电磁线圈的励磁电流I的变化范围均为2.7A-6.4A，靶板材料为非铁磁材料，厚度为7mm时，分别测量了I_21a＝2.7A，I_21b＝6.4A和I_21a＝6.4A，I_21b＝2.7A时的靶板表面的磁场强度，结果如图4中的实线和虚线所示，其中，纵坐标为磁场强度的水平分量（即图2中的x方向），横坐标为距靶板中心的水平距离。在实例中，跑道磁场划为左右两个区段，靶板为矩形，由Al和C_u两种材料配置，Al块和C_u块为矩形。

表1是矩形Al块和C_u块在本实例中的三种布置情况，並注明了调节两电磁线圈的励磁电流的相对比值时，C_u-Al合金膜层中的Al含量的变化范围。

表1 C_u-Al合金的成份调节

当靶板是铁磁材料时，为了保证靶板表面有足够大的磁场强度，本发明采用了延伸磁极至靶板表面的方法。作为一实例，如图3所示，背板16采用铁板，11为延伸的磁极。取A材料为F_e，B材料为C_u。表2说明了本发明用于F_e-C_u合金膜成份调节的结果。其中，在每组情况下，两电磁线圈的励磁电流I变化范围均为2.7A～6.4A。靶板材料布置方式如表2所示，分别测量了I_21a＝2.7A，I_21b＝6.4A和I_21a＝6.4A，I_21b＝2.7A时的实线和虚线所示，其中，纵坐标为磁场强度的水平分量（即图2中的x方向），横坐标为距靶板中心的水平距离。表2是矩形Al块和F_e块在本实例中的三种布置情况。並注明了调节两电磁线圈的励磁电流的相对比值时，C_u-F_e合金膜层中的F_e含量的变化范围。

表2 Cu-Fe合金的成份调节

采用图3所示的实例装置，镀制Al-Cu合金膜（按表1中的第2组靶板布置方式），测量了镀制薄膜成份的均匀性。结果表明，在30cm×40cm的面积范围内，Al成份上下波动＜2%ωt，实验条件为：基板以20转/分速度旋转，转轴为真空室轴线;溅射靶置于真空器壁一侧。基板的镀膜面是对着转轴放置。平均溅射速率为280 /分。

补正 85100096

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说明书 1 12 JS8199-860-4 J58199-860-A

权利要求书 1 10 靶极靶板

说明书附图 1 图1 （右侧）16 12 9 7 11 （右侧） 16 13 9 7 11

说明书附图 2 图3 （指着N极的）1b （指着N极的） 16

Claims

1、一种平面磁控溅射靶装置，装有两种或两种以上材料构成的靶板，其特征在于配置两个或两个以上在靶板内表面产生跑道磁场，並控制该跑道上两个或两个以上区段的磁场强度相对比值的电磁铁。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的各个电磁铁共用溅射靶心部的N磁极，各个电磁铁的S磁极顺序排列，构成封闭环状。

3、如权利要求1、2所述的装置，其特征在于其中顺序排列的各个S磁极，于分界处采用磁场隔离槽或由非铁磁材料制成的隔离块。

4、如权利要求1、2所述的装置，其特征在于其中所述的各种不同材料的靶板分别按跑道的各个区段配置。

5、如权利要求1、2、4所述的装置，其特征在于其中所述的靶极的材料中的一种或全部可以是厚度在3mm以上的铁磁材料。

6、采用如权利要求1、2、3、4所述的平面磁控溅射靶装置，其特征在于所镀合金膜的成份可实现连续调节的镀膜方法。