[发明专利]一种离子注入提高大尺寸磁控溅射膜质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子注入提高大尺寸磁控溅射镀膜质量的简易强化方法。

背景技术

磁控溅射，特别是反应磁控溅射，采用此方法制备的薄膜密度较低，薄膜中存在空位、间隙原子、位错以及空洞等缺陷，严重影响薄膜的性能。一般情况下，磁控溅射制备的薄膜，结晶度差，结晶温度高，存在较多缺陷，特别对于反应磁控溅射来说，上述问题尤为严重。

现有的离子或电子辅助磁控溅射沉积薄膜方法，需要在磁控溅射设备上增加离子源或电子源，通过薄膜沉积过程中，对于弱成键离子和成膜原子的撞击以实现动量和能力转换，使得不稳定离子或缺陷及杂质粒子逃离薄膜生长表面，同时增加成膜原子的移动能力。离子或电子源的加入，不仅增加了成本和技术的复杂性，而且离子源的加入破坏了磁控溅射舱体电场分布，易使得薄膜中容易产生畸点。此外，现有的离子或电子辅助沉积薄膜方法，对于小尺寸的衬底材料，可以镀制出厚度均匀、附着力强的薄膜材料，但是对于大尺寸的衬底材料，由于离子束和电子束有效束斑直径的限制，很难制备出直径为米量级的厚度均匀、附着力强的薄膜材料。

发明内容

本发明是要解决现有的离子或电子辅助磁控溅射沉积薄膜方法存在成本高和技术复杂，而且很难制备出大尺寸、厚度均匀、附着力强的薄膜材料的问题，而提出一种大尺寸磁控溅射镀膜的简易强化方法。

本发明中的一种大尺寸磁控溅射镀膜的简易强化方法按以下步骤进行：

一、将衬底材料用丙酮超声波清洗15min-30min，再用无水乙醇清洗15min-30min，最后用去离子水清洗25min-30min后烘干，然后将衬底材料置于磁控溅射真空仓内的旋转加热台上；通过真空泵将真空仓内抽成真空，当真空仓内压强达到1.0×10^-4-9.9×10^-4Pa时，启动加热装置，将加热台加热至25℃～1000℃，并且保温其中旋转加热台的材质为不锈钢，衬底材料为金属、陶瓷或半导体；

二、向真空仓内通入Ar气，当仓内压强为3Pa-5Pa时，向旋转加热台施加500V-800V的负电压，对衬底表面进行反溅清洗10min-20min；

三、反溅清洗完毕后，向靶材施加射频电源启辉，射频功率为60W-500W，预溅射20min～50min，开始镀膜，镀膜时真空仓内气体压强为0.1Pa-2Pa，镀膜时间为10min～90min，然后拉上挡板，接着向真空仓内通入O₂，使用流量计将O₂流量控制在4sccm-100sccm，预溅射10min～30min后，调整真空仓内气体压强为0.1Pa-2Pa，向旋转加热台施加100V-400V的负电压，然后移开挡板，继续向衬底表面镀膜，镀膜1h-3h；

四、镀膜完成后，依次按要求关闭射频电源和负压电源，关闭Ar气阀门，质量流量器的电源，O₂气路阀门，打开插板阀将真空仓内气体压强抽至1.0×10^-4Pa-5.0×10^-4Pa；

五、关闭剩余的所有电源，待真空仓内温度降至20℃-25℃：时即制得本发明所述的高密度、低缺陷薄膜。

本发明的工作原理：本发明中磁控溅射强化技术是在薄膜沉积过程中，利用磁控溅射系统本身自生成的Ar离子，对于弱成键离子和成膜原子的撞击以实现动量和能力转换，使得不稳定离子或缺陷及杂质粒子逃离薄膜生长表面，同时增加成膜原子的移动能力，制备出大尺寸、结构稳定、缺陷少的优质薄膜。

本发明包含以下优点：

1、由于引入Ar离子对整个旋转加热台进行轰击，轰击效果均匀一致，因而采用磁控溅射方法可在大尺寸衬底材料上制备出厚度均匀、附着力强的薄膜；

2、制备过程中由于Ar离子轰击薄膜表面，使得不稳定离子或缺陷及杂质粒子逃离薄膜生长表面，同时增加成膜原子的移动能力，制备出结构稳定，缺陷少，密度大的优质薄膜；

3、制备过程中由于Ar离子轰击薄膜表面，为成膜原子的移动提供了能量，在相同的温度条件下，薄膜更易形成晶体结构；

4、由于薄膜结构发生变化，从而引起薄膜物理性能上的变化，薄膜的折射率、硬度和弹性模量都有所提高。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图，其中1为成膜原子，2为Ar尚子，3为杂质原子；

图2是试验一获得氧化钇薄膜与试验二获得氧化钇薄膜的XRD图；

图3是试验一获得氧化钇薄膜与试验二获得氧化钇薄膜的折射率随波长变化曲线；