[发明专利]微波ECR等离子体辅助磁控溅射沉积装置

说明书

技术领域

本发明属薄膜技术及应用领域。具体涉及一种微波ECR等离子体 辅助磁控溅射沉积装置

背景技术

现有技术公开了离子束辅助沉积是在薄膜生长过程中施加一定能 量的离子轰击，这伴随着离子浅层注入、沉积原子迁移和增强扩散、 表面结构再构等多种物理现象，可不同程度改变生长薄膜的结构和性 质，提高薄膜的质量。双离子束溅射辅助沉积是目前常用的一种重要 技术，但溅射速率低、造价也高以及其它一些缺点。

磁控溅射镀膜是物理气相沉积(PVD)的重要方法之一，该方法由 于具有基片温升低、成膜速度高(溅射率高)、膜基结合力好、设备简 单(操作控制方便)、装置性能稳定等优点，而被广泛的应用于制备金 属薄膜方面。

ECR等离子体是90年代发展的一种技术，微波与电子可产生共振 能量交换，等离子体能在较低的工作压力下(10^-4-10^-1Pa)产生，其 电离度高、密度也高，使得气体不仅具有高的活性，而且可产生能量 可控的高通量辐照离子。因此，该技术具有良好的等离子体辅助沉积 作用和活性反应作用。

但上述方法尚存在如下缺陷：双离子束溅射辅助沉积时溅射沉积 速率低、辅助轰击效果也相对较低，不易控制，薄膜质量欠佳及装置 成本较高等。

钛及其合金由于良好的材料性能如高机械强度，优良的热稳定性 和抗腐蚀性等，被广泛应用于核反应堆，航空技术和生物工程等领域。 目前钛膜的研究主要集中在表面形貌和结构性质方面。目前制备高质 量的Ti膜成为本领域有关专家的关注点。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的缺陷，提供一种微波ECR等离 子体辅助磁控溅射沉积装置。

本发明装置将高活性的微波等离子体与磁控溅射技术结合起来， 能克服双离子束溅射辅助沉积时溅射沉积速率低、辅助轰击效果也相 对较低的缺点，可对沉积和等离子体辐照分别控制，制备高质量的薄 膜。同时也能降低装置成本。

本发明装置包括磁控溅射区1和ECR等离子体轰击区2。

下面结合附图进一步描述本发明，

所述的溅射区1和等离子体轰击区2位于真空室夹角的两端，所 述的装置中，基体初始停留在溅射区之上。ECR等离子体放电室距基 板距离为300mm。2.4GHz微波经过矩形波导与放电室微波窗口耦合 后进入放电室，当放电室的磁场强度使得电子在磁场中的回旋频率与 微波频率相等时，微波与回旋电子产生共振能量交换，在低气压下就 可产生高密度高电离的等离子体。为了避免溅射区和ECR等离子体源 区的放电气体相互干扰，本发明在两个柱状室，分别焊接了一个环状 圆盘，

通过本发明装置，提供一种简单、高效的ECR辅助磁控溅射镀膜 方法，通过所述的装置，将微波等离子体与磁控溅射技术结合，对薄 膜沉积和离子辐照分别控制，制备高质量的薄膜。

本发明中，ECR辅助磁控溅射的具体操作流程是，基体初始停留在 磁控溅射区上，在计算机控制下，基体在磁控溅射区和ECR等离子体 源区来回摆动，直到所镀薄膜达到相应的厚度。在摆动中，基体停留 在溅射区，ECR等离子体源轰击区和两个工作区摆动间隔的时间可调。 所述基体在两个工作区的偏压，也会由光传感器控制转换。这样，可 以实现溅射沉积偏压和等离子体辐照偏压分别控制。本发明中，由于 摆动角度仅为90度，能避免360度旋转时的沉积速率较大程度的减 低。

本发明中，磁控溅射的参数为：溅射电压＝300V，放电电流＝0.2A， 溅射压强为～10^-1Pa.

本发明中，ECR等离子体工作参数为微波功率300W，放电气压～10^-3Pa.

本发明进行了传统磁控溅射与ECR辅助磁控溅射的方法制备钛膜 比较，结果显示，在(002)取向占优的情况下，随着轰击偏压的提 高，(100)取向的强度将逐渐增强。ECR辅助磁控溅射钛膜的衍射峰 相对有所宽化。

本发明进行了传统磁控溅射和ECR辅助磁控溅射在不同偏压下制 备钛膜比较，结果显示，在正电子湮灭测量中，当正电子入射材料后， 绝大部分都被捕获在缺陷位置处，在溅射偏压均为-40V时，ECR辅助 磁控溅射制备钛膜的S因子均低于传统磁控溅射的情况，表明ECR辅 助溅射制备的钛膜空位缺陷较少，薄膜比较致密。