專利名稱：用離子束反應(yīng)濺射方法成膜的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用多束離子反應(yīng)濺射制作多成份膜和多成分多層膜的裝置。
日本《應(yīng)用物理》1986年第56卷第2號(hào)P119～120記載了一種目前最先進(jìn)的離子束反應(yīng)濺射成膜的裝置。該裝置在靶室內(nèi)有一個(gè)濺射離子源和一組靶。離子源產(chǎn)生的離子束轟擊一種材料的靶，靶片上濺射出的物質(zhì)沉積在基片上形成薄膜。另外還有一個(gè)與濺射離子源同類型的輻照離子源用于輻照基片。該裝置的最大缺陷是在同一基片上只能制作每層只含一種靶材成份的膜，或最多再嵌入另一種材料;如用多成份化合物作靶材，則不能精確控制各成份比例，因而大大限制了制作薄膜的種類，特別不適宜制作成份復(fù)雜的多成份膜和多成份多層膜。輻照離子源中由于有燈絲陰極，將帶來(lái)燈絲材料的雜離子污染。更重要的是燈絲在反應(yīng)氣體中會(huì)被腐蝕，因而不能通進(jìn)反應(yīng)氣體，或僅能混入很少量(10-4)，即使這樣也會(huì)縮短離子源壽命，一般只有幾十個(gè)小時(shí)，降低了裝置的可靠性及使用價(jià)值。
本發(fā)明的目的是為了克服以上缺陷，提供一種用多束離子反應(yīng)濺射方法制作成份復(fù)雜的多成份膜和多成份多層膜，易于精確控制各成份比例，輻射離子源能直接通入反應(yīng)氣體，可靠性高的裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在裝置的靶室中設(shè)置2～4個(gè)濺射離子源，一般采用氣體離子源，以基片為中心分布于基片周圍。在每個(gè)離子源沿束流射出的前方相應(yīng)設(shè)有一組轉(zhuǎn)動(dòng)靶。轉(zhuǎn)動(dòng)靶的橫截面為矩形。每組靶上固定有數(shù)塊靶片，可以用不同材料做成，如金屬、絕緣體、半導(dǎo)體或有機(jī)材料。對(duì)著基片設(shè)有一個(gè)用于輻照基片的無(wú)燈絲陰極的輻照離子源，它可以通入濺射氣體，更主要是能通入反應(yīng)氣體。
裝置用2～4個(gè)或其中幾個(gè)濺射離子源產(chǎn)生的離子束同時(shí)轟擊相對(duì)應(yīng)的一組轉(zhuǎn)動(dòng)靶上的靶片，分別控制各離子束的參數(shù)，不同材料靶片上濺射出的物質(zhì)混合沉積在基片上形成預(yù)定成份比例的多成份膜。作好一層膜后，根據(jù)需要轉(zhuǎn)動(dòng)靶，改變各組靶的組合方式，制作多成份多層膜。用輻照離子源在成膜前輻照基片，可清除基片表面的雜質(zhì);在成膜時(shí)通入反應(yīng)氣體產(chǎn)生的離子束輻照基片，發(fā)生反應(yīng)濺射，達(dá)到增加化學(xué)反應(yīng)幾率，改善膜的性能，如增加膜的附著強(qiáng)度、密度等效果。本發(fā)明特別適合制作多成份結(jié)構(gòu)可調(diào)多層膜。無(wú)燈絲陰極的輻照離子源能長(zhǎng)期工作在反應(yīng)氣體中，提高了裝置的使用壽命及可靠性。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)實(shí)施例。


圖1是用離子束反應(yīng)濺射方法成膜的裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是轉(zhuǎn)動(dòng)靶剖面圖。
圖3是高頻離子源結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖1中表示出本發(fā)明包含有靶室〔1〕，與靶室相連有真空系統(tǒng)〔2〕、供氣系統(tǒng)〔4〕、〔5〕和冷阱〔3〕。靶室用不銹鋼制造。真空系統(tǒng)可使靶室內(nèi)達(dá)到本底真空10-7～10-8Torr;工作真空10-4～10-5Torr。供氣系統(tǒng)可以通過(guò)輻照離子源〔6〕，也可以由經(jīng)通道〔7〕將濺射氣體或反應(yīng)氣體送入靶室內(nèi)。一般用Ar氣作濺射氣體;用O2、N2、H2或CH4作反應(yīng)氣體。靶室內(nèi)安裝有轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)〔8〕，制膜時(shí)工作臺(tái)作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，使靶上濺射出的物質(zhì)能均勻地沉積在基片〔10〕上。工作臺(tái)與基片之間有對(duì)基片加熱的加溫板〔9〕。基片前方設(shè)有檔板〔11〕，制膜時(shí)將檔板移開(kāi)。
本發(fā)明在靶室中可安裝2～4個(gè)濺射離子源〔12〕，具體實(shí)施中考慮到適用及減少成本，最佳方案是安裝3個(gè)濺射離子源〔12〕。最好采用聚焦離子源，以提高離子源密度和成膜速率。其技術(shù)指標(biāo)為聚焦束斑φ30mm;能量0.5～2Kev;束流＞150mA;束流強(qiáng)度25mA/-cm2。濺射離子源以基片為中心最好均布于基片周圍。在各濺射離子源沿束流射出的前方相應(yīng)設(shè)有一組轉(zhuǎn)動(dòng)靶〔13〕。圖2中表示出轉(zhuǎn)動(dòng)靶橫截面為矩形。4塊靶片〔a〕〔b〕〔c〕〔d〕分別固定在轉(zhuǎn)動(dòng)靶的外側(cè)面上?？梢杂媒饘佟雽?dǎo)體、絕緣體或有機(jī)材料做靶材，例如Y、Bi、La、Pb、Si、Ge、Al2O3、PbTiO3、BaTiO3、聚乙烯、聚四氟乙烯。
靶室中對(duì)著基片設(shè)有一個(gè)用于輻射基片的無(wú)燈絲陰極的輻照離子源〔6〕。它可以采用高頻離子源，也可以采用微波離子源。圖3為高頻離子源結(jié)構(gòu)剖面圖。圖3中源體〔14〕的上端是帶電極〔17〕的放電管〔19〕。源體外設(shè)有磁場(chǎng)線圈〔15〕。磁場(chǎng)線圈下方是高頻振蕩線圈〔16〕。反應(yīng)氣體順箭頭方向進(jìn)入源體內(nèi)被離化，形成的離子束經(jīng)源體下端多孔的屏蔽板〔18〕和引出極〔19〕引出。源體、放電管和屏蔽板均可用石英玻璃板做成。引出極一般用濺射系數(shù)較小的高溶點(diǎn)材料，如鉬做成。較好的方法是在屏蔽板〔18〕的下方直接濺射上一層金屬，如鋁或不銹鋼作為束流引出極〔19〕，解決了兩塊多孔板在加工和安裝時(shí)要求保證同心度的困難，這樣就可以獲得較好的束流引出效果。引出極可做得較薄，減少了引出極材料的濺射污染。高頻離子源的技術(shù)指標(biāo)為束徑φ30mm;能量0.3～2.5Kev;束流5～10mA;束流強(qiáng)度0.5mA/cm2。高頻離子源可以使用反應(yīng)氣體，也可以使用濺射氣體。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.2～4個(gè)濺射離子源與每組有4種材料的靶配合，可以制作出周期厚度內(nèi)有4層，每層的成份完全不重復(fù)的結(jié)構(gòu)可調(diào)多層膜。如果在一種靶片中再嵌進(jìn)其它成份的材料，還可制作成份更為復(fù)雜的薄膜。
2.各種濺射離子源的參數(shù)可以獨(dú)立控制，因而能精確控制生成薄膜的各成份比例。
3.所用輻照離子源由于無(wú)燈絲陰極，能長(zhǎng)期在反應(yīng)氣體中工作(200～300)小時(shí)，并可減少燈絲材料帶來(lái)的雜離子污染，因而從整體上提高了裝置的使用壽命和效果，直接在多孔的屏蔽板下面濺射一層金屬構(gòu)成高頻離子源的引出極，避免了加工和安裝時(shí)要保證兩塊多孔板上園孔同心度的困難，從而能有效地引出束流。由于引出板可做得較薄，還減少了污染。
4.用反應(yīng)氣體離子束輻照基片，成膜時(shí)可使反應(yīng)氣體參與濺射反應(yīng)提高化學(xué)反應(yīng)幾率，提高膜的性能。特別是從輻照離子源引入被離化的反應(yīng)氣體，其效果好于從通道直接將反應(yīng)氣體通至基片附近。
權(quán)利要求
1.用離子束反應(yīng)濺射方法成膜的裝置，包含有靶室[1]，與靶室相連接的真空系統(tǒng)[2]、供氣系統(tǒng)[4]、[5]和冷阱[3]，靶室中裝有轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)[8]，工作臺(tái)與基片[10]之間有加溫板[9]，基片前方設(shè)有檔板[11]，其特征是在靶室內(nèi)設(shè)有2～4個(gè)濺射離子源[12]，以基片為中心分布于基片周圍，每個(gè)濺射離子源沿束流射出的前方相應(yīng)有一組轉(zhuǎn)動(dòng)靶[13]；對(duì)著基片設(shè)有一個(gè)無(wú)燈絲陽(yáng)極的輻射離子源[6]。
2.如權(quán)利要求1的成膜裝置，其特征是所說(shuō)的轉(zhuǎn)動(dòng)靶〔13〕橫截面為矩形，外側(cè)面上分別固定有4塊靶片〔a〕〔b〕〔c〕〔d〕，靶片的材料可用金屬、半導(dǎo)體、絕緣體或有機(jī)材料。
3.如權(quán)利要求1的成膜裝置，其特征是無(wú)燈絲陽(yáng)極離子源為高頻離子源，源體〔14〕上端是帶電極〔17〕的放電管〔19〕，源體外設(shè)有磁場(chǎng)線圈〔15〕，磁場(chǎng)線圈下方是高頻振蕩線圈〔16〕。源體下端有屏蔽板〔18〕和束流引出極〔19〕。
4.如權(quán)利要求3的成膜裝置，其特征是束流引出極〔19〕直接用金屬濺射在屏蔽板〔18〕的下方。
全文摘要
用離子束反應(yīng)濺射方法成膜的裝置，主要用于制作多成分膜和多成分多層膜。本發(fā)明在裝置的靶室中設(shè)有2～4個(gè)濺射離子源，采用聚焦離子源，以基片為中心分布于基片周圍。每個(gè)離子源前方相應(yīng)有一組裝有4塊不同材料的靶片的轉(zhuǎn)動(dòng)靶。對(duì)著基片設(shè)有一個(gè)用于輻照基片的無(wú)燈絲陽(yáng)極輻照離子源，如用高頻離子源。2～4個(gè)濺射離子源與每組有4種材料的靶配合，能作出每個(gè)周期厚度內(nèi)有4層，每層成分完全不重復(fù)的結(jié)構(gòu)可調(diào)多層膜。輻照離子源能長(zhǎng)期工作于反應(yīng)氣體中。
文檔編號(hào)C23C14/34GK1042572SQ8810974
公開(kāi)日1990年5月30日 申請(qǐng)日期1988年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月9日
發(fā)明者郭華聰, 肖定全, 謝必正, 邵啟文, 朱居木, 肖志力 申請(qǐng)人:四川大學(xué)