[发明专利]一种磁控溅射低温制备TiN薄膜的方法

权利要求书

1.一种磁控溅射低温制备TiN薄膜的方法；基底材料采用白钢、铜、单晶硅等导体或半导体材料；沉积设备采用磁控溅射镀膜设备，使用孪生靶溅射，溅射过程中两个靶交替的作为阴极和阳极；

沉积设备的薄膜沉积真空室内单独设置有一辅助的非平衡磁场磁控溅射阴极，非平衡磁场磁控溅射阴极的靶材表面与工件的沉积面相对设置，非平衡磁场磁控溅射阴极通过导线经射频自动匹配器与射频电源相连；

在薄膜沉积过程中，非平衡磁场磁控溅射阴极作为等离子体发生源，在靶材表面与工件镀膜面间提供一等离子体区，沉积在工件上的薄膜快速进入等离子体反应区，在反应区内，反应未完全的非化学计量比TiN薄膜分解成N原子和Ti原子与N₂经过离化产生的N-进一步发生反应，得到高化学计量比的高纯化合物薄膜；同时在反应区内薄膜在等离子体的轰击作用下，使得所制备的薄膜变得致密表面光滑，薄膜与工件的结合力更加牢固。

2.如权利要求1所述的方法，磁控溅射低温制备TiN薄膜所采用的溅射电源是中频电源或脉冲直流电源。

3.如权利要求1或2所述的方法，磁控溅射低温制备TiN薄膜所采用的是非平衡磁场孪生靶或非平衡磁场单靶。

4.如权利要求1或2所述的方法，TiN薄膜制备低温条件可以为室温到100℃。

5.如权利要求1或2所述的方法，磁控溅射低温制备TiN薄膜所采用的离子源是阳极层线性离子源、射频离子源、霍尔离子源或考夫曼离子源。

6.如权利要求1或2所述的方法，工件周期性旋转过溅射靶后，进入离子源产生的等离子体区，进一步氮化，提高TiN薄膜化学计量比。

7.如权利要求1或2所述的方法，非平衡磁场磁控溅射靶材料需要采用难溅射靶材，无论采用何种材料，最终要将射频电源功率控制在一定范围内，保证在薄膜沉积过程中，用作等离子体产生源的靶材无任何材料被溅射出来，以免造成薄膜污染，即射频电源加到靶材的最大功率要小于靶材被溅出的最小功率；

例如氧化铝或氧化钛等材料，射频电源功率控制在100-1000W范围内，用以保证靶材无任何溅射。

8.如权利要求1或2所述的方法，在真空室内引入一等离子体区域，采用中频电源或脉冲直流电源溅射Ti金属靶，控制工作气体（氩气）压强在0.1Pa-3Pa；控制反应气体（氮气）与工作气体（氩气）的压强比1：5-50；温度在室温-200℃；溅射电源电流在1A-30A等条件，在衬底上沉积TiN薄膜。