磁控溅射铁磁性靶材存在的问题

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。