[发明专利]离子束增强沉积制备氮化铜薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化铜(Cu₃N)薄膜制备方法，特指一种离子束增强沉积制备氮化铜薄膜的方法。

背景技术

氮化铜是一种具有较低的热分解温度、较高的电阻率、对红外光和可见光的反射率与Cu单质明显差别的无毒廉价材料，可以应用于光存储器件和高速集成电路中。长期以来，人们对氮化物的研究主要集中于那些具有高硬度、高熔点、良好的化学稳定性和光学特性的物质上(如TiN、BN、AlN等二元金属氮化物)。但是对于一些以共价键结合的氮化物，由于此类金属不易与氮元素直接发生化合(如Cu₃N、Ni₃N、Sn₃N₄等)而甚少关注。理论上得出3d型过渡金属的氮化物(Ti、Fe、Ni和Cu)中，随着原子序数的增大，其金属与氮气的反应活性降低。对于铜元素来说，反应活性几乎为零。所以，开始以为氮化铜只能用复分解反应制得，例如用Cu₂O和NH₃为初始材料制备。

引入非平衡化合技术之后，Cu₃N薄膜的研究引起了人们的极大关注。到目前为止，已经有多种制备技术可以获得氮化铜薄膜，如磁控溅射法，离子束辅助沉积法，直流等离子体氮化法，脉冲激光反应沉积法等，其中使用最多、工艺相对成熟的制备氮化铜薄膜的方法是射频磁控溅射法。目前国际上多数报道都集中在研究氮化铜薄膜性能及反应制备过程中对实验参数的依赖关系，以期获得达到理想化学组分、结构稳定、性能优良的氮化铜薄膜制造工艺。目前氮化铜已经作为阻挡层应用在一些半导体器件上，也有的方法尝试用Ar离子和激光电子束在氮化铜薄膜上进行一次性的光记录。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种离子束增强沉积制备氮化铜薄膜的方法，采用改进了的离子束增强沉积方法，在SiO₂/Si衬底上制备均匀、致密、与衬底粘附良好、电阻率大于1.0×10³Ω·cm的氮化铜薄膜。

本发明采用的技术方案是：

1、溅射靶：选用高纯度的铜为靶材，将其固定在一个四方靶台上，溅射过程中通循环冷却水来对靶材制冷；

2、采用混合离子束进行增强沉积：用步骤(1)的溅射靶溅射铜靶的同时，用纯氮或氩：氮＝1：5的混合气体产生的混合离子束对沉积膜轰击，注入离子束的加速电压为10～50kV，束流强度为1～4mA；

3、膜的均匀性：轰击离子源产生的氮或氩/氮混合束束径大于150mm、非均匀性小于15％、垂直注入到溅射沉积膜上，利用样品台的公转和样品片自转实现均匀注入，得到氮化铜多晶结构，即离子束增强沉积氮化铜薄膜。

本发明的有益效果是：

1、可以在多片SiO₂/Si衬底上同时沉积Cu₃N薄膜，满足工业化生产要求。

2、Cu₃N薄膜的成膜温度很低，与半导体工艺兼容。

3、Cu₃N薄膜性能稳定，均匀性好。

4、本发明为一种干法沉积技术，在成膜过程中无废液、废气等危害环境的物质排放。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为离子束增强沉积机示意图；

图2为在SiO₂/Si衬底上氮化铜薄膜的X射线衍射谱；

图3为在SiO₂/Si衬底上氮化铜薄膜的AFM形貌图谱；

图4为在SiO₂/Si衬底上氮化铜薄膜的AFM力曲线图谱。

具体实施方式