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磁控溅射铁磁性靶材存在的问题

更新时间:2018-09-19      点击次数:1194
对于Fe、Co、Ni、Fe2O3、坡莫合金等铁磁性材料,要实现低温、高速溅射沉积,采用普通的磁控溅射方式会受到很大的限制。这是由于采用上述几种材料制成的靶磁阻很低,大部分磁场如图1所示的那样几乎*从铁磁性靶材内部通过,使靶材表面上部的剩余磁场过小,无法形成有效地电子束缚区域,不可能形成平行于靶表面的使二次电子作圆摆线运动的强磁场,使得磁控溅射不能进行。此时,磁控溅射就成为效率很低的二极溅射,使薄膜的沉积速度大大下降,基片急剧升温。
 
相比普通靶材,除了磁屏蔽效应外,在溅射铁磁性材料时,等离子体磁聚现象变得更加严重。如图2所示,图2 (a) 中的点1和点3是磁力线通道中线轴C两边的点。在溅射时,由于电场和磁场共同存在,处于点1和点3位置的电子受到库仑力和洛仑兹力的作用而向磁力线通道的中线轴C处运动,处于点2位置的电子不受横向力的作用。
 
  因此,溅射时中线轴处的等离子体多,在靶材相应位置的溅射为激烈,溅射率也大。这种情况在所有的靶材溅射中均存在。但是在溅射铁磁性靶材时,等离子体磁聚现象更加严重。
 
  从图2(d) 可见,由于等离子体磁聚现象,首先在磁力线通道中线处出现溅射沟道,原从铁磁靶材内部通过的磁力线就将从沟道处外泄出来,溅射的沟道越深,外泄的磁力线越多,磁力线中轴处的磁场强度越大,从而使更多的电子在磁力线中轴处磁聚,更多的等离子体在磁力线中轴处产生,于是沟道处的溅射率就越大,终导致沟道处的靶材更快被溅穿。由于铁磁性靶材内部通过的磁力线远远多于普通靶材,所以其磁力线外泻的更多,磁力线中轴处的磁场强度更大,沟道处的溅射刻蚀速率更快。
 
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