[发明专利]一种基于射频和甚高频的双频磁控溅射薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜的制备方法，具体涉及一种利用射频和甚高频电源分别独立控制离子能量的双频溅射制备薄膜的方法。

背景技术

随着BaYCuO高温超导材料、掺杂ZnO发光材料、掺杂HfO_x高介电常数材料等先进材料的研发与应用，多组元薄膜材料，特别是双组元薄膜得到了人们的关注，其中双组元薄膜的制备技术成为其发展应用关键。由于磁控溅射技术成熟、可控性较好、设备投资较低，因此成为制备双组元薄膜的最重要技术。由于双组元薄膜材料的特殊性能主要取决于各组元的比例，特别是微量元素对微量掺杂薄膜的性能影响极大，因此要求在溅射制备薄膜时，各个组元的溅射能够精密独立调控。

目前主要采用双靶共溅射、双组元单固体靶、贴片靶等技术来溅射沉积双组元薄膜。在采用双组元单固体靶和贴片靶来溅射沉积多组元薄膜时，由于各种靶材料溅射阈值能的差异，用一种功率源来溅射这些靶材料时，各种组元的溅射产额不能独立控制，结果沉积出来的薄膜材料与靶材料之间存在较大的组分偏差，因此需要不断调整靶的成份比例或改变靶的贴片比例，结果各个组元的溅射很难精密独立调控。在采用双靶共溅射时，主要利用双靶磁控溅射装置，其一般包括抽真空系统、进气系统、电源系统，还包括真空室、基片台、两个溅射靶以及溅射靶驱动电源，由于目前双靶溅射技术中主要采用直流电源与13.56MHz射频电源组合、或两个13.56MHz射频电源组合来驱动两个溅射靶，容易造成双靶之间的电场耦合，带来的问题是溅射时两个靶之间电场相互干扰，或者频率相同的双射频功率源溅射各个靶的等离子体性能（能量、密度）基本接近，导致两个靶组元的溅射难以独立调控。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种射频和甚高频驱动的双频磁控溅射制备薄膜的方法，通过射频与甚高频电源之间的频率解耦合性能，实现双溅射靶的离子能量分别独立控制，是一种新的双组元独立调控的溅射制备双组元薄膜的方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于射频和甚高频的双频磁控溅射薄膜的制备方法，利用双靶磁控溅射装置制备，包括以下步骤：

(1) 在两个溅射靶上分别安装制备薄膜所需的靶材，并将清洁后的基片置于真空室内基片台上；两个溅射靶分别以相对于真空室纵向对称轴为45°、135°的位置安装在真空室顶部；溅射靶中心至基片台中心的距离为130mm；

 (2)将真空室真空抽至5×10^-4Pa，然后将氩气充入真空室中，氩气的流量为30sccm，保持真空室的压力为5Pa；

(3)在其中的一个靶上施加60MHz甚高频电源，调节甚高频功率为150W，同时在另外一个靶上添加2MHz射频电源，调节射频功率为50～250W；经过溅射在基片上制备薄膜。

上述技术方案中，步骤（2）中，采用涡轮分子泵、机械泵机组将真空室抽真空。

优选的技术方案中，步骤（3）中，60MHz甚高频电源功率固定为150W，2MHz射频电源的功率调节范围为200～250W。此时对应的溅射功率比例从1.33增加到1.67，离子能量分布的高能峰由2MHz射频功率独立控制，低能峰由60MHz甚高频功率与2MHz射频功率共同控制，实现了双溅射靶的离子能量的部分解耦合。

用于本发明的双靶磁控溅射装置的构成属于现有技术，包括抽真空系统、进气系统、电源系统，还包括真空室、两个溅射靶以及基片台。本发明优选为：两个直径均为50mm的靶以及直径为100mm的基片台，两个靶分别以相对于真空室纵向对称轴为45°、135°的位置安装在真空室顶部，溅射靶中心至基片台中心的距离为130mm。

本发明的靶材限定为非铁磁靶，本领域技术人员可以根据所生产双组元薄膜的需要进行选择。基片的清洁属于现有技术，溅射时间与所生产薄膜的厚度相关，本领域技术人员可以根据需要自行选择，一般为0.5～2小时。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点： 

1．本发明首次采用2MHz射频与60MHz甚高频分别驱动两个溅射靶磁控溅射制备薄膜，利用射频与甚高频之间的频率解耦合性能，实现离子能量的解耦合，避免了现有技术中多靶之间的电场耦合现象，达到双靶溅射薄膜时的离子能量分别独立控制，解决了双靶共溅射、双组元单固体靶、贴片靶等技术中各组元溅射不易独立调控的缺点。