專利名稱：一種二氧化鈦薄膜的微波等離子體制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體膜的制備方法，具體涉及一種二氧化鈦薄膜的微波等離子
體制備方法。
背景技術：
二氧化鈦是一種多功能材料，在光催化、光降解和新型太陽能電池、光學等方面有廣泛的應用。由于高折射率和高介電常數(shù)的特性，二氧化鈦材料的制備已經(jīng)引起了廣泛的重視，又由于其獨特的光學、電導等性質和優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，能夠抵抗介質的電化學腐蝕，已被廣泛應用于半導體、傳感器等領域。 目前制備二氧化鈦薄膜的方法很多，例如化學氣相沉積(CVD)法、溶膠一凝膠法、離子輔助沉積法、電子束蒸發(fā)法，反應蒸發(fā)法，R.F.磁控或交、直流磁控濺射法等。在這些方法中，由于本身無法解決的問題(如CVD法所用Ti源為有機物，源氣流量難以控制或有毒；蒸發(fā)法鍍膜由于是原子或原子團沉積，薄膜缺陷多；磁控濺射要用陶瓷靶，耙材制作困難，耗能高；反應蒸發(fā)法射頻等離子法等離子離子體能量過大于50ev，對襯底轟擊大，損害襯底晶格等)，不可能得到高質量的二氧化鈦薄膜。

發(fā)明內容
針對上述方法所存在的不足，本發(fā)明提出了一種二氧化鈦薄膜的微波等離子體制備方法，該方法包括二氧化鈦薄膜的制備步驟，
所述制備方法是在真空狀態(tài)下完成的；
所述制備方法包含了微波系統(tǒng)；
所述二氧化鈦薄膜的制備步驟是 1、一種二氧化鈦薄膜的微波等離子體制備方法，該方法包括二氧化鈦薄膜的制備
步驟和停機的步驟，其特征在于 所述制備方法是在真空狀態(tài)下完成的； 所述制備方法包含了微波系統(tǒng)； 所述二氧化鈦薄膜的制備步驟是 第一步加熱溫度到350 400°C ; 第二步啟動冷卻水系統(tǒng)，通入冷卻水； 第三步啟動抽真空系統(tǒng)，抽真空到1. 3X10—3Pa以下，保持真空狀態(tài)； 第四步進入還原系統(tǒng)，加載112到1 5X 10Pa，20 25分鐘，對鈦耙表面的氧化
物進行還原； 第五步送載氣(Ar)，其壓力為1 5X10Pa ; 第六步啟動微波系統(tǒng)，送入微波，電流為0. 2 0. 4A，使氣體輝光放電，加偏壓165V，離子清洗基底35 45分鐘; 第七步調節(jié)微波電流，使其為0. 15A，偏壓調到30V。調節(jié)基座加熱電壓，使溫度
3降到200 210°C ; 第八步關閉氫氣，調節(jié)Ar量，使真空度保持在4 X 10Pa， 10分鐘后通入氧氣，將鈦靶電壓升至1400 2200V ; 第九步測量鈦靶區(qū)域產(chǎn)生的沉積二氧化鈦薄膜厚度； 第十步停機。 所述停機的步驟是 第一步，關閉基板加熱裝置，等待20分鐘； 第二步，關閉質量流量計閥門，使導氣管內Ar消耗20分鐘； 第三步，停微波和靶電壓，關掉氣體鋼瓶，停分子泵，停機械泵； 第四步，等待30-40分鐘； 第五步，關掉冷卻水，等爐體溫度下降到室溫后，取出所需的薄膜材料。 產(chǎn)生的二氧化鈦薄膜沉積在襯底上，所述襯底是金屬。 產(chǎn)生的二氧化鈦薄膜沉積在襯底上，所述襯底也可以是陶瓷。 產(chǎn)生的二氧化鈦薄膜沉積在襯底上，所述襯底也可以是玻璃。 產(chǎn)生的二氧化鈦薄膜沉積在襯底上，所述襯底也可以是硅片。


以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明的硬件結構示意圖。 圖中，l.波導及調諧裝置，2.石英微波窗口，3.氫氣進氣口，4.等離子室，5.弧形鈦靶，6.冷卻水系統(tǒng)，7.視窗，8.基座及加熱裝置，9.真空系統(tǒng)，IO.襯底，ll.氧氣進氣口。
具體實施例方式
如圖1所示，首先基座及加熱裝置8啟動，加熱溫度到350 40(TC，然后，冷卻水系統(tǒng)6啟動，通入冷卻水，之后，真空系統(tǒng)9工作。微波從微波系統(tǒng)中出來，通過波導及調諧裝置l，經(jīng)過石英微波窗口 2到達鍍膜室。1400 2200V交流電加在兩個弧形金屬鈦耙5上，使兩極的氣體Ar電離成等離子氣團，微波將這些等離子輸運到弧形鈦靶5上，氫氣進氣口 3為送氫氣的入口 ，氧氣進氣口 11為輸送氧氣的進氣口 ， Ar等離子體對鈦靶金屬表面離子轟擊，濺射出的金屬粒子被微波輻照而電離并在等離子室4形成等離子氣團，并輸運到襯底上。同時，通入氧氣，氧氣在微波輻照下形成等離子體，襯底io加了負偏壓，帶負偏壓的襯底10使鈦離子、氮離子消電離而共淀積成膜，通過視窗7可觀察成膜過程。
在真空狀態(tài)下，以純金屬鈦為靶，氬氣等惰性氣體在微波輻照下保持等離子體為轟擊離子，金屬鈦靶之間加電壓使氬離子轟擊弧形鈦靶5 ;轟擊出的鈦離子、原子、或原子團在微波輻照下呈等離子狀態(tài)，氣在微波輻照下也形成等離子體，由于鍍膜室底部真空泵的排氣作用，等離子體向襯底IO運動，在可調節(jié)的襯底IO偏壓的作用下，等離子體消電離后在襯底10上共沉積形成二氧化鈦薄膜，襯底可以是金屬、陶瓷、玻璃和硅片。微波等離子法因為其固有的優(yōu)點，能耗低、等離子體離化率高、耙材為高純度，在薄膜制備方面有獨特的優(yōu)勢，并可以得到高質量二氧化鈦薄膜。因為離子轟擊濺射的金屬顆粒經(jīng)微波輻照后的的電離率高達20%，等離子氣團很容易進入65納米的刻蝕槽底，實現(xiàn)超深亞微米的填充。因為高的離化率有高的空隙填充，因此，采用微波等離子體法共沉積二氧化鈦薄膜，薄膜密 實，晶體的類型可通過襯底10的溫度有效控制。
權利要求
一種二氧化鈦薄膜的微波等離子體制備方法，該方法包括二氧化鈦薄膜的制備步驟，其特征在于所述制備方法是在真空狀態(tài)下完成的；所述制備方法包含了微波系統(tǒng)；所述二氧化鈦薄膜的制備步驟是第一步加熱溫度到350～400℃；第二步啟動冷卻水系統(tǒng)，通入冷卻水；第三步啟動抽真空系統(tǒng)，抽真空到1.3×10-3Pa以下，保持真空狀態(tài)；第四步進入還原系統(tǒng)，加載H2到1～5×10Pa，20～25分鐘，對鈦靶表面的氧化物進行還原；第五步送載氣(Ar)，其壓力為1～5×10Pa；第六步啟動微波系統(tǒng)，送入微波，電流為0.2～0.4A，使氣體輝光放電，加偏壓165V，離子清洗基底35～45分鐘；第七步調節(jié)微波電流，使其為0.15A，偏壓調到30V。調節(jié)基座加熱電壓，使溫度降到200～210℃；第八步關閉氫氣，調節(jié)Ar量，使真空度保持在4×10Pa，10分鐘后通入氧氣，將鈦靶電壓升至1400～2200V；第九步測量鈦靶區(qū)域產(chǎn)生的沉積二氧化鈦薄膜厚度；第十步停機。
2. 根據(jù)權利要求1所述的二氧化鈦薄膜的微波等離子體制備方法，其特征在于所述停機的步驟是第一步，關閉基板加熱裝置，等待20分鐘；第二步，關閉質量流量計閥門，使導氣管內Ar消耗20分鐘；第三步，停微波和靶電壓，關掉氣體鋼瓶，停分子泵，停機械泵；第四步，等待30-40分鐘；第五步，關掉冷卻水，等爐體溫度下降到室溫后，取出所需的薄膜材料。
3. 根據(jù)權利要求1所述的二氧化鈦薄膜的微波等離子體制備方法，其特征在于產(chǎn)生的二氧化鈦薄膜沉積在襯底上，所述襯底是金屬。
4. 根據(jù)權利要求1所述的二氧化鈦薄膜的微波等離子體制備方法，其特征在于產(chǎn)生的二氧化鈦薄膜沉積在襯底上，所述襯底是陶瓷。
5. 根據(jù)權利要求1所述的二氧化鈦薄膜的微波等離子體制備方法，其特征在于產(chǎn)生的二氧化鈦薄膜沉積在襯底上，所述襯底是玻璃。
6. 根據(jù)權利要求1所述的二氧化鈦薄膜的微波等離子體制備方法，其特征在于產(chǎn)生的二氧化鈦薄膜沉積在襯底上，所述襯底是硅片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦薄膜的微波等離子體制備方法，該方法包括二氧化鈦薄膜的制備步驟和停機的步驟，所述制備方法是在真空狀態(tài)下完成的；微波從微波系統(tǒng)中出來，經(jīng)過石英微波窗口到達鍍膜室。將交流電加在兩個弧形鈦靶上，使兩級的氣體Ar電離成等離子氣團，微波將這些等離子輸運到兩弧形鈦靶上，Ar等離子體對鈦靶金屬表面離子轟擊，濺射出的金屬粒子被微波輻照而電離并形成等離子氣團，并輸運到襯底上。同時，通入氧氣，氧氣在微波輻照下形成等離子體，襯底加了負偏壓，帶負偏壓的襯底使鈦離子、氧離子消電離而共淀積成膜。
文檔編號C23C14/22GK101775579SQ20101001140
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月5日 優(yōu)先權日2010年1月5日
發(fā)明者于慶先, 孫四通 申請人:青島科技大學