一种对Cu3N薄膜进行定量掺杂的装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种产生纯氮气等离子体的装置及其使用方法。本发明专利技术的真空腔内设置有样品台、加热丝、衬底、靶，样品台设置在真空腔内底部，样品台上表面设置有加热丝，加热丝上设置有衬底；靶设置在真空腔内顶部；靶上方设置有磁铁，磁铁上方设置有冷却水系统，冷却水系统用于冷却磁铁；匹配箱的一端与冷却水系统相连接，另一端与射频源相连接；气瓶通过气管与真空腔相连接，气管上设置有流量控制器、粗真空规和通气阀；机械泵与分子泵的一端相连接，分子泵的另一端通过法兰与真空腔相连接；真空腔的外壁上设置有冷阴极规。本发明专利技术能够实时观测憋气时气管的气压，能控制启辉气压,对分子泵损伤小节约成本，可实现对难起辉氮气等气体的起辉。

Device for producing pure nitrogen plasma and method of using the same

The invention discloses a device for producing pure nitrogen plasma and a method of using the same. A sample table, a heating wire, set the target substrate, the vacuum chamber of the invention, the sample platform is arranged in the vacuum chamber at the bottom of the sample stage are arranged on the upper surface of the heating wire, the heating wire is arranged on the substrate; the target is provided in the vacuum chamber at the top; a magnet is arranged above the target set, a magnet above the cooling water system, cooling water cooling system for magnet; end matching box is connected with the cooling water system, and the other end is connected to the RF source; gas cylinders connected by pipe and the vacuum chamber, a flow controller, coarse vacuum gauge and vent valve arranged on the pipe; connected to one end of the mechanical pump and molecular pump, the other end of the molecular pump connected by a flange and the outer wall of the vacuum chamber; the vacuum chamber is provided with a cold cathode gauge. The invention can be observed in real time when the breath pressure pipe, can control the starting pressure, saving the cost of small molecular pump damage, can be realized on the difficult starting nitrogen glow.

【技术实现步骤摘要】
一种产生纯氮气等离子体的装置及其使用方法
本专利技术属于半导体薄膜制备领域，特别是涉及一种产生纯氮气等离子体的装置及其使用方法。
技术介绍
磁控溅射方法是制备氮化物和氧化物薄膜的常见方法。通常用金属靶，加入氩气和反应气体如氮气或氧气。当金属靶材粒子撞向衬底时由于能量转化，与反应气体化合生成氮化物或氧化物。但是，对于Cu3N等贵金属氮化物来说，Cu等贵金属与N的化学键非常弱，在磁控溅射方法制备的时候如果引入氩气作为反应气体，容易破坏已经形成的Cu-N键等贵金属与N的成键，从而容易形成非理想化学配比的氮化物薄膜。因此，要想制备理想化学配比的Cu3N等贵金属氮化物薄膜，需要纯氮气作为工作气体。但纯氮气难于起辉，难于产生纯氮气等离子体。理论上来说，增大气压有利于N2起辉，但实际操作过程中，气压过大，容易超过分子泵的工作范围，从而损伤分子泵。另外，不同的气体起辉难易不同，Ar气等惰性气体最易起辉，N2难于起辉，如何让氮气在不太损伤分子泵的前提下起辉是一件极具技巧和挑战性的事情。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述起辉难题，提供一种产生纯氮气等离子体的装置及其使用方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术包括真空腔、样品台、加热丝、衬底、靶、冷却水系统、匹配箱、射频源、冷阴极规、分子泵、机械泵、气瓶、流量控制器、通气阀、粗真空规。真空腔内设置有样品台、加热丝、衬底、靶，样品台设置在真空腔内底部，样品台上表面设置有加热丝，加热丝上设置有衬底；靶设置在真空腔内顶部；靶上方设置有磁铁，磁铁上方设置有冷却水系统，冷却水系统用于冷却磁铁；匹配箱的一端与冷却水系统相连接，另一端与射频源相连接；气瓶通过气管与真空腔相连接，气管上设置有流量控制器、粗真空规和通气阀，流量控制器用于控制气体流量，粗真空规用于测量憋气时气管的气压，通气阀用于调节气体向真空腔的流入以及工作气压；机械泵与分子泵的一端相连接，分子泵的另一端通过法兰与真空腔相连接；真空腔的外壁上设置有冷阴极规。一种对Cu3N薄膜进行定量掺杂的装置的一种使用方法，具体包括如下步骤：步骤1.将衬底放置在样品架上。步骤2.调整靶间距，放好挡板，关腔门。步骤3.抽真空，当真空腔内本底气压达到于10－6mbar量级时，打开流量计电源开关，打开射频电源开关。步骤4.打开氮气通气阀，调整氮气的流量至工作流量。步骤5.调整功率至工作功率，加载功率。步骤6.观察真空腔，观察氮气是否起辉。步骤7.如果步骤6起辉,进行预溅射，然后进行薄膜沉积。步骤8.如果步骤6不起辉，增加功率，观察是否起辉。步骤9.如果步骤8起辉，降低功率至工作功率，进行步骤7。步骤10.如果步骤8不起辉，卸载功率，增加氮气流量，重新加载功率，观察是否起辉。步骤11.如果步骤10起辉，降低氮气流量至工作流量，降低功率至工作功率，进行步骤7。步骤12.如果步骤10不起辉，卸载功率。降低氮气流量至工作流量，关闭氮气通气阀，憋气2-3min，调整功率至工作功率，加载功率，打开氮气通气阀，观察是否起辉。步骤13.如果步骤12起辉,进行步骤7。步骤14.如果步骤12不起辉,卸载功率，关闭氮气通气阀，憋气2-3min，增大功率，加载功率，打开氮气通气阀，观察是否起辉。步骤15.如果步骤14起辉,进行步骤7。一种对Cu3N薄膜进行定量掺杂的装置的另一种使用方法，具体包括如下步骤：步骤1.将衬底放置在样品架上。步骤2.调整靶间距，放好挡板，关腔门。步骤3.抽真空，当真空腔内本底气压达到于10－6mbar量级时，打开流量计电源开关，打开射频电源开关。步骤4.打开氮气通气阀，调整氮气的流量至工作流量。步骤5.调整功率至工作功率，加载功率。步骤6.观察真空腔，观察氮气是否起辉。步骤7.如果步骤6起辉,进行预溅射，然后进行薄膜沉积。步骤8.如果步骤6不起辉，增加功率，观察是否起辉。步骤9.如果步骤8起辉，降低功率至工作功率，进行步骤7。步骤10.如果步骤8不起辉，卸载功率，增加氮气流量，重新加载功率，观察是否起辉。步骤11.如果步骤10起辉，降低氮气流量至工作流量，降低功率至工作功率，进行步骤7。步骤12.如果步骤10不起辉，卸载功率。降低氮气流量至工作流量，关闭氮气通气阀，憋气2-3min，调整功率至工作功率，加载功率，打开氮气通气阀，观察是否起辉。步骤13.如果步骤12起辉,进行步骤7。步骤14.如果步骤12不起辉,卸载功率，关闭氮气通气阀，憋气2-3min，增大功率，加载功率，打开氮气通气阀，观察是否起辉。步骤15.如果步骤14起辉,进行步骤7。步骤16.如果步骤14不起辉,打开挡板，改变真空腔内环境,观察是否起辉，起辉后,降低功率至工作功率，加上挡板，旋转样品台至下一个位置，进行预溅射和薄膜沉积。一种对Cu3N薄膜进行定量掺杂的装置的再一种使用方法，具体包括如下步骤：步骤1.将衬底放置在样品架上。步骤2.调整靶间距，放好挡板，关腔门。步骤3.抽真空，当真空腔内本底气压达到于10－6mbar量级时，打开流量计电源开关，打开射频电源开关。步骤4.打开通气阀，调整氮气的流量至工作流量。步骤5.调整功率至工作功率，加载功率。步骤6.观察真空腔，观察氮气是否起辉。步骤7.如果步骤6起辉,调整放气阀，调至工作气压，进行预溅射，然后进行薄膜沉积。步骤8.如果步骤6不起辉，增加功率，观察是否起辉。步骤9.如果步骤8起辉，降低功率至工作功率，进行步骤7。步骤10.如果步骤8不起辉，卸载功率，增加氮气流量，重新加载功率，观察是否起辉。步骤11.如果步骤10起辉，降低氮气流量至工作流量，降低功率至工作功率，进行步骤7。步骤12.如果步骤10不起辉，卸载功率。降低氮气流量至工作流量，关闭通气阀，憋气2-3min，调整功率至工作功率，加载功率，打开通气阀，观察是否起辉。步骤13.如果步骤12起辉,进行步骤7。步骤14.如果步骤12不起辉,卸载功率，关闭通气阀，憋气2-3min，增大功率，加载功率，打开氮气通气阀，观察是否起辉。步骤15.如果步骤14起辉,进行步骤7。步骤16.如果步骤14不起辉,卸载功率，降低氮气的流量至工作流量的一半，增加氩气的流量至工作流量的一半，关闭通气阀，憋气2-3min，调整功率至工作功率，加载功率，打开通气阀，观察是否起辉。步骤17.如果步骤16起辉，起辉后，在保持总流量不变的前提下，逐渐增加氮气流量同时降低氩气流量，直至氮气流量增加至工作流量，氩气流量降为0，进行步骤7。步骤18.如果步骤16不起辉，卸载功率，关闭通气阀，憋气2-3min，增大功率，加载功率，打开通气阀，观察是否起辉，起辉后，在保持总流量不变的前提下，逐渐增加氮气流量同时降低氩气流量，直至氮气流量增加至工作流量，氩气流量降为0，进行步骤7。本专利技术工作过程如下：先将铜靶和衬底置于真空腔，放好挡板，关腔门，抽真空。当真空达到10－6mbar量级时，打开流量计电源开关预热，打开射频电源开关预热。打开通气阀，调整氮气的流量至工作流量。关闭通气阀，憋气一段时间，观察气管上粗真空规的读数，达到一定数值时，设置工作功率，加载功率，打开通气阀，起辉。起辉后，调整放气阀，调至工作气压，进行预溅射，然后进行薄膜沉积。本专利技术有益效果如下：与现有技术相比本方法简单，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生纯氮气等离子体的装置，其特征在于包括真空腔、样品台、加热丝、衬底、靶、冷却水系统、匹配箱、射频源、冷阴极规、分子泵、机械泵、气瓶、流量控制器、粗真空规、通气阀；真空腔内设置有样品台、加热丝、衬底、靶，样品台设置在真空腔内底部，样品台上表面设置有加热丝，加热丝上设置有衬底；靶设置在真空腔内顶部；靶上方设置有磁铁，磁铁上方设置有冷却水系统，冷却水系统用于冷却磁铁；匹配箱的一端与冷却水系统相连接，另一端与射频源相连接；气瓶通过气管与真空腔相连接，气管上设置有流量控制器、粗真空规和通气阀，流量控制器用于控制气体流量，粗真空规用于测量憋气时气管的气压，通气阀用于调节气体向真空腔的流入以及工作气压；机械泵与分子泵的一端相连接，分子泵的另一端通过法兰与真空腔相连接；真空腔的外壁上设置有冷阴极规。

【技术特征摘要】
1.一种产生纯氮气等离子体的装置，其特征在于包括真空腔、样品台、加热丝、衬底、靶、冷却水系统、匹配箱、射频源、冷阴极规、分子泵、机械泵、气瓶、流量控制器、粗真空规、通气阀；真空腔内设置有样品台、加热丝、衬底、靶，样品台设置在真空腔内底部，样品台上表面设置有加热丝，加热丝上设置有衬底；靶设置在真空腔内顶部；靶上方设置有磁铁，磁铁上方设置有冷却水系统，冷却水系统用于冷却磁铁；匹配箱的一端与冷却水系统相连接，另一端与射频源相连接；气瓶通过气管与真空腔相连接，气管上设置有流量控制器、粗真空规和通气阀，流量控制器用于控制气体流量，粗真空规用于测量憋气时气管的气压，通气阀用于调节气体向真空腔的流入以及工作气压；机械泵与分子泵的一端相连接，分子泵的另一端通过法兰与真空腔相连接；真空腔的外壁上设置有冷阴极规。2.根据权利要求1所述的一种对Cu3N薄膜进行定量掺杂的装置的一种使用方法，其特征在于体包括如下步骤：步骤1.将衬底放置在样品架上；步骤2.调整靶间距，放好挡板，关腔门；步骤3.抽真空，当真空腔内本底气压达到于10－6mbar量级时，打开流量计电源开关，打开射频电源开关；步骤4.打开氮气通气阀，调整氮气的流量至工作流量；步骤5.调整功率至工作功率，加载功率；步骤6.观察真空腔，观察氮气是否起辉；步骤7.如果步骤6起辉,进行预溅射，然后进行薄膜沉积；步骤8.如果步骤6不起辉，增加功率，观察是否起辉；步骤9.如果步骤8起辉，降低功率至工作功率，进行步骤7；步骤10.如果步骤8不起辉，卸载功率，增加氮气流量，重新加载功率，观察是否起辉；步骤11.如果步骤10起辉，降低氮气流量至工作流量，降低功率至工作功率，进行步骤7；步骤12.如果步骤10不起辉，卸载功率；降低氮气流量至工作流量，关闭氮气通气阀，憋气2-3min，调整功率至工作功率，加载功率，打开氮气通气阀，观察是否起辉；步骤13.如果步骤12起辉,进行步骤7；步骤14.如果步骤12不起辉,卸载功率，关闭氮气通气阀，憋气2-3min，增大功率，加载功率，打开氮气通气阀，观察是否起辉；步骤15.如果步骤14起辉,进行步骤7。3.根据权利要求1所述的一种对Cu3N薄膜进行定量掺杂的装置的另一种使用方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1.将衬底放置在样品架上；步骤2.调整靶间距，放好挡板，关腔门；步骤3.抽真空，当真空腔内本底气压达到于10－6mbar量级时，打开流量计电源开关，打开射频电源开关；步骤4.打开氮气通气阀，调整氮气的流量至工作流量；步骤5.调整功率至工作功率，加载功率；步骤6.观察真空腔，观察氮气是否起辉；步骤7.如果步骤6起辉,进行预溅射，然后进行薄膜沉积；步骤8.如果步骤6不起辉，增加功率，观察是否起辉；步骤9.如果步骤8起辉，降低功率至工作功率，进行步骤7；步骤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜允，俞优姝，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学信息工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33