[发明专利]基于氮离子源的离子束反应溅射沉积设备及氮化铝薄膜制备方法

摘要

本发明提供了一种氮离子源的离子束反应溅射沉积设备，以及使用该设备的基于氮离子源的氮化铝薄膜制备方法和氮化铝薄膜。其中设备包括氮离子源、工件台和靶台，所述氮离子源用于通入氮气并生成氮离子束，所述靶台用于固定铝靶材且位于氮离子束的发射方向上，所述工件台用于固定衬底且位于靶台的溅射粒子沉积方向上，所述氮离子束轰击铝靶材产生的溅射粒子沉积在衬底上形成氮化铝薄膜；所述工件台上设置有可开关的挡板，用于在关闭时遮挡衬底以防止溅射粒子沉积。本发明直接以氮气作为工作和反应气体，可以避免使用氩气等惰性气体，降低了工艺成本；并且通过离子束反应溅射技术制出的氮化铝薄膜均匀度好，表面光滑，应力小，光学性质更加重复稳定。

主权项

1.一种基于氮离子源的氮化铝薄膜制备方法，其特征在于，采用基于氮离子源的离子束反应溅射沉积设备，所述方法包括以下步骤：S1、关闭工件台的挡板，在氮离子源中充入氮气，产生低能氮离子束轰击靶台上的铝靶材，对铝靶材表面进行清洗；S2、开启工件台的挡板，在氮离子源中充入氮气，产生高能氮离子束轰击靶台上的铝靶材，铝靶材上产生的溅射粒子沉积在工件台的衬底上形成所述氮化铝薄膜；其中，所述方法还包括在步骤S1至S2之间执行的：S2’保持工件台的挡板处于关闭状态，在氮离子源中充入氮气，产生高能氮离子束轰击靶台上的铝靶材，在铝靶材表面形成氮化铝覆盖层，其中高能氮离子束的离子束能量E_i1为400～700eV，束流密度J_b1为0.4～0.6mA/cm²，持续轰击时间T₁为20s～40s；其中，所述步骤S2中使用的高能氮离子束的离子束能量E_i2为400～700eV，束流密度J_b2为0.4～0.6mA/cm²，持续轰击时间T₂为：T₂＝(T₁+5)E_i1/E_i2×η式中，T1为步骤S2’中高能氮离子束的持续轰击时间，单位为s；E_i1和E_i2分别为步骤S2’和S2中使用的高能氮离子束的离子束能量；η为修正系数，无单位量纲，当400eV≤E_i1≤500eV时，η取0.4‑0.45，当500h＜E_i1≤700eV时，η取0.5‑0.65。