70kWcm 2至2.lOkffcm 2范围内、和1.71kffcm 2至2.02kWcm 2的范围内。
[0054]图3A和图3B示出了在沉积期间在一段时间中的50Wcm 2的固定平均靶功率密度和在50 μ s至200 μ s范围内的各种电压脉冲持续时间并且具有2.5%至10%的相应占空比的情况下，薄膜的沉积速率和脉冲中的平均靶功率密度以及在550nm处所测量的薄膜的消光系数k和折射率η。对于所有的膜沉积而言，固定的氩气分压为2Pa ;而在Ta 205薄膜沉积中，氩气分压是在1.5Pa(50 μ s的电压脉冲)到lPa(200 μ s的电压脉冲)之间。正如可以从图中所见的，对于化学计量ZrOjP Ta 205薄膜两者而言，已实现非常高的沉积速率。它们是高度光学透明的和致密的(高达95%的各自块体材料的质量密度)。Zr02薄膜是晶体(单斜相)，而Ta205薄膜是纳米晶体(在低于300°C的基底温度下所预计的)。这两种薄膜的硬度分别是在lOGPa至16GPa和7GPa至8GPa的范围内。
[0055]尽管以上的描述提供了许多具体细节，但这些细节不应被理解成限制本发明的范围；本领域技术人员将容易理解的是，在不背离本发明的范围并且不减弱其优点的前提下，本发明可具有许多修改和同等实施例。因此，意图是本发明不局限于所公开的实施方式，但本发明是由所附权利要求所限定。
【主权项】
1.一种用于控制溅射沉积工艺的方法，所述工艺涉及反应性气体物种与包含在用作阴极的靶中的材料之间的反应，所述方法包括以下步骤: 选择用于给定的靶材料和反应性工艺气体的控制工艺参数； 建立用于给定标称靶功率水平的反应溅射沉积工艺的操作方案；和 通过进入真空室中的受控的脉冲反应性气体流速，在金属模式与覆盖模式之间的过渡区中高速实施化学计量介电薄膜的稳定化的反应性沉积。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述靶是金属，并且由所述反应形成的化合物是化学计量介电材料。3.根据权利要求1所述的方法，其中在大体相同的功率条件下，化合物在基底上的溅射沉积是在金属模式中靶材料沉积速率的至少大约40%的速率下实施，所述金属模式对应于不存在所述反应性气体情况下的操作。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述化合物选自氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、硫化物、氟化物、氯化物、硼化物、及其混合物。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制工艺参数在连续直流溅射的情况下是靶电流、或者在脉冲溅射的情况下是在一段时间的脉冲电源中的平均靶电流、或者真空室中的反应性气体分压。6.根据权利要求5所述的方法，其中确定在连续直流溅射的情况下的靶电流的灵敏度、或者在脉冲溅射的情况下在一段时间的脉冲电源中的平均靶电流的灵敏度、和真空室中的反应性气体分压对于在恒定靶电压下在相同放电条件下进入所述真空室中的反应性气体的恒定流速脉冲的灵敏度。7.根据权利要求6所述的方法，其中选择在恒定靶电压下在相同放电条件下进入所述真空室中的所述反应性气体的恒定流速脉冲显示最高灵敏度的所述参数作为控制工艺参数。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述操作方案是基于确定恒定的靶电压、非反应性气体例如氩气的分压、进入所述真空室中的总反应性气体流速和所述反应性气体导管系统的构造、以及所选择控制工艺参数的临界值而建立，以便在低于给定水平的电弧放电情况下实现所形成薄膜的给定沉积速率和期望的物理性质。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制工艺参数的所述临界值限定进入所述真空室中的预设的恒定反应性气体流速脉冲的终止和连续启动的次数。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述靶功率是在使用直流电源的恒定的靶电压下而提供，或者在使用脉冲电源的放电脉冲期间在恒定的靶电压下提供，所述脉冲电源包括具有在短靶电压脉冲中的高达数kw/cm2靶功率密度的大功率脉冲直流电源。11.一种反应溅射沉积装置，包括: 真空室； 阳极； 将反应性气体提供至所述真空室中的反应性气体源，所述反应性气体的特征为由质量流量控制器所维持的进入所述真空室中的给定的脉冲流速，或者特征为所述真空室中的给定分压，该给定分压由在固定的预设值的非反应性气体分压下测量的真空室中的总气体压力所确定； 靶，所述靶作为在所述真空室中的阴极，并且包含与反应性气体物种组合以形成化合物的材料: 电源，所述电源电连接到所述革巴，因而可选择性地由所述电源向所述靶供电，从而由反应性气体在所述真空室中产生放电等离子体，所述反应性气体与所述靶的材料发生结合而形成所述化合物； 控制装置，所述控制装置感测所述控制工艺参数的时间相关值，并且向所述质量流量控制器提供信号，以调整在恒定值的非反应性气体分压下进入所述真空室中的脉冲反应性气体流速，从而在金属模式与覆盖模式之间的过渡区中高速实施化学计量介电薄膜的稳定化的反应性沉积并且使电弧放电最小化。12.根据权利要求11所述的反应溅射沉积装置，其中所述靶是金属，并且所述化合物是化学计量介电材料。13.根据权利要求11所述的反应溅射沉积装置，其中所述控制装置能够同时地及时监测所述真空室中的反应性气体分压和在连续直流溅射的情况下的所述靶电流、或者在脉冲溅射情况下的在一段时间的脉冲电源中的平均靶电流，从而基于这些量中的一个对在恒定革巴电压下在相同放电条件下进入述真空室中的所述反应性气体的恒定流速脉冲的较高灵敏度而选择其中的一个作为用于给定靶材料的控制工艺参数。14.根据权利要求11所述的反应溅射沉积装置，其中所述电源是在恒定靶电压下操作的直流电源或者在放电脉冲期间在恒定靶电压下操作的脉冲电源，包括具有在短靶电压脉冲中的高达数kWcm 2的靶功率密度的大功率脉冲直流电源，所述脉冲电源具备内部或外部计算机控制，允许对在所述反应性气体流速脉冲期间在一段时间的脉冲电源中的时间相关的平均靶电流进行评估。
【专利摘要】本发明提供一种用于监测并控制反应溅射沉积的方法和装置。该方法和装置尤其可用于使用对金属靶进行溅射的大功率磁控管的化学计量介电化合物(例如，金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物等)在各种基底上的高速沉积，所述溅射包括使用较短的靶(阴极)电压脉冲(通常40μs至200μs)且具有高达数kWcm-2的靶功率密度的大功率脉冲磁控溅射。对于给定的标称靶功率水平、靶材料和源气体而言，在由电源所保持的恒定靶电压下对反应性气体进入真空室的脉冲流速进行控制，以促进化学计量介电薄膜在“金属模式”与“覆盖(中毒)模式”之间的过渡区中的溅射沉积。
【IPC分类】C23C14/08, C23C14/54, C23C14/00
【公开号】CN105264107
【申请号】CN201480009573
【发明人】R·布吉, J·弗尔切克, J·雷策克, J·拉扎尔
【申请人】皮尔森西波西米亚大学, 通快许廷格有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2014年1月22日
【公告号】EP2770083A1, EP2770083B1, US20150354052, WO2014127952A1