[发明专利]利用磁控溅射在硅衬底上制备氮化锆薄膜的方法

权利要求书

1.一种利用磁控溅射在硅衬底上制备氮化锆薄膜的方法，包括：

将清洗后的硅衬底和金属锆靶材置于生长室中并抽真空至预设真空条件下，其中，所述预设真空条件下的真空度小于等于5×10^-5Pa；

将第一衬底加热温度升温至预设烘烤温度对所述硅衬底表面进行烘烤，其中，所述预设烘烤温度为700～850℃，加热时间为5～30min；

将第二衬底加热温度由所述预设烘烤温度降至预设生长温度，并向所述生长室中通入氩气，将所述生长室内的压强提升至能够起辉放电的真空度，利用反溅射工艺，对所述硅衬底表面进行反溅射干式清洗预处理，其中，所述预设生长温度为300～750℃，所述反溅射工艺的反溅射功率为50～300W，反溅射时间为3～15min，所述起辉放电的真空度为0.1～5Pa；

利用射频磁控溅射工艺，对所述金属锆靶材表面进行预处理，其中，所述射频磁控溅射工艺的射频磁控溅射功率为50～300W，射频磁控溅射时间为5～30min；

利用射频磁控溅射工艺，在所述硅衬底表面上沉积金属锆层，其中，所述射频磁控溅射功率为20～100W，沉积时间为1～5min；

降低通入的所述氩气流量并向所述生长室中通入氮气，待生长室内由所述氩气和所述氮气构成的混合气体将生长室内的压强恢复到所述能够起辉放电的真空度，利用反溅射工艺，将沉积的所述金属锆层氮化形成氮化锆成核层，其中，所述将沉积的所述金属锆层氮化形成氮化锆成核层的所述反溅射工艺的反溅射功率为20～100W，反溅射时间为1～5min；

利用直流磁控溅射工艺，在所述氮化锆成核层上沉积氮化锆薄膜，其中，所述直流磁控溅射工艺的直流磁控溅射功率为20～200W；

关闭所述氩气，将第三衬底加热温度由所述预设生长温度升温至预设退火温度，在所述氮气的气氛条件下对所述氮化锆薄膜进行退火处理，其中，所述预设退火温度为500～850℃；

调控所述生长室内的氮气压强，按照预设降温速率将衬底加热温度由所述预设退火温度降至室温，得到所述氮化锆薄膜。

2.根据权利要求1所述的利用磁控溅射在硅衬底上制备氮化锆薄膜的方法，其中，所述硅衬底为单晶硅，晶向包括以下至少之一：(111)、(100)、(110)、(113)，所述硅衬底直径尺寸大于等于1英寸；

所述金属锆靶材的纯度大于等于99.99％；

所述硅衬底和所述金属锆靶材之间的距离为5～10cm。

3.根据权利要求1所述的利用磁控溅射在硅衬底上制备氮化锆薄膜的方法，其中，

在所述预设真空条件下，预设烘烤温度下对所述硅衬底表面进行烘烤处理，用以去除所述硅衬底表面吸附的气体及残存的杂质和氧化层；

在所述预设生长温度下，利用氩气起辉放电产生的低能氩离子对所述硅衬底表面进行反溅射干式清洗工艺处理，用以完全去除所述硅衬底表面残存的杂质和氧化层。

4.根据权利要求3所述的利用磁控溅射在硅衬底上制备氮化锆薄膜的方法，其中，所述氩气和所述氮气的纯度均大于等于99.99％，所述氩气和所述氮气构成的混合气体的压强比为3～30。

5.根据权利要求1所述的利用磁控溅射在硅衬底上制备氮化锆薄膜的方法，其中，所述生长室内氮气压强为0.001～1000Pa；所述降温速率为每分钟3～30℃。