也可以更換為單質(zhì)硼靶，此時(shí)適當(dāng)提高他加入量，但也在本發(fā)明給出的N2、Ar用量比例范圍內(nèi)。
[0026]實(shí)施例1
[0027]第一步沉積:對(duì)襯底按本發(fā)明的清洗過(guò)程進(jìn)行清洗后，在磁控濺射裝置的真空室抽真空再充入氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，至工作氣壓2Pa，調(diào)節(jié)靶基間距為4?5cm、射頻功率為80W;將氮?dú)夂蜌鍤獾馁|(zhì)量流量比保持在1:2，襯底溫度400°(:，襯底負(fù)偏壓150￥，生長(zhǎng)111。此階段是成核階段。
[0028]第二步沉積:在第一步沉積的工作氣壓2Pa，調(diào)節(jié)靶基間距為4?5cm、射頻功率為80W，襯底溫度400°C不變情況下，調(diào)節(jié)襯底負(fù)偏壓至100V;充入出，出用量按質(zhì)量流量計(jì)為氣體總流量的5.4%或11%;移開(kāi)擋板開(kāi)始濺射沉積14h。此階段是生長(zhǎng)階段。
[0029]在此條件下生長(zhǎng)的c-BN厚膜，膜厚度為4.5μπι。產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡(SEM)圖見(jiàn)圖6?8，產(chǎn)品的紅外光譜(FTIR)見(jiàn)圖9 ο得到的c-BN膜中立方相的含量95 %?97 %。
[0030]本實(shí)施例是沉積條件最佳，產(chǎn)品立方相的含量和膜厚度都很高的實(shí)施例，是通過(guò)改變不同成膜參數(shù)，探討六角相和立方相BN的沉積速率隨氫氣流量比和襯底溫度的改變、沉積速率與立方相含量的關(guān)聯(lián)、襯底偏壓對(duì)立方相開(kāi)始成核及其含量增加的影響、氫氣的引入對(duì)生長(zhǎng)出穩(wěn)定的c-BN厚膜的因果關(guān)系等，得到的最佳沉積參數(shù)。
[0031]實(shí)施例2
[0032]第一步沉積:對(duì)襯底按本發(fā)明的清洗過(guò)程進(jìn)行清洗后，在磁控濺射裝置的真空室抽真空再充入氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，至工作氣壓2Pa，調(diào)節(jié)靶基間距為4?5cm、射頻功率為80W;將氮?dú)夂蜌鍤獾馁|(zhì)量流量比保持在1:6，襯底溫度300?400°C，襯底負(fù)偏壓150V，生長(zhǎng)2h。此階段是成核階段。
[0033]第二步沉積:在第一步沉積的工作氣壓2Pa，調(diào)節(jié)靶基間距為4?5cm、射頻功率為80W，調(diào)節(jié)襯底溫度室溫到500°C，不加襯底負(fù)偏壓;充入H2，出用量按質(zhì)量流量計(jì)為氣體總流量的O?6% ;移開(kāi)擋板開(kāi)始濺射沉積2h。此階段是生長(zhǎng)階段。
[0034]產(chǎn)品在H2用量按質(zhì)量流量計(jì)為氣體總流量的O?6%和襯底溫度在100?500°C條件下c-BN膜生長(zhǎng)相圖見(jiàn)圖2。特別是在襯底溫度為300?400 °C，H2用量按質(zhì)量流量計(jì)為氣體總流量為4%?6%的時(shí)候，c-BN膜中立方相的含量大于75% (參見(jiàn)圖2中的實(shí)心圓點(diǎn))。
[0035]實(shí)施例3
[0036]第一步沉積:對(duì)襯底按本發(fā)明的清洗過(guò)程進(jìn)行清洗后，在磁控濺射裝置的真空室抽真空再充入氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，至工作氣壓2Pa，調(diào)節(jié)靶基間距為4?5cm、射頻功率為80W;將氮?dú)夂蜌鍤獾馁|(zhì)量流量比保持在1:2，襯底溫度400°(:，襯底負(fù)偏壓150￥，生長(zhǎng)211。此階段是成核階段。
[0037]第二步沉積:在第一步沉積的工作氣壓2Pa，調(diào)節(jié)靶基間距為4?5cm、射頻功率為80￥，襯底溫度400°(:不變情況下，調(diào)節(jié)襯底負(fù)偏壓至0?150￥;充入!12，!12用量按質(zhì)量流量計(jì)為氣體總流量的0%?15%;移開(kāi)擋板開(kāi)始濺射沉積2h。此階段是生長(zhǎng)階段。
[0038]產(chǎn)品的立方相含量的相圖見(jiàn)圖3。圖中實(shí)心圓點(diǎn)表不C-BN膜中立方相的含量在75%以上。
[0039]當(dāng)?shù)诙匠练e條件為襯底負(fù)偏壓O?150V;按質(zhì)量流量計(jì)H2用量為氣體總流量的8 %時(shí)，制備的c-BN膜中立方相的含量在75 %以上(見(jiàn)圖3中橫排上數(shù)第三排的4個(gè)實(shí)心圓點(diǎn))。
[0040]當(dāng)?shù)诙匠练e條件為襯底負(fù)偏壓O?100V;按質(zhì)量流量計(jì)H2用量為氣體總流量的11 %時(shí)，制備的C-BN膜中立方相的含量在75 %以上(見(jiàn)圖3中橫排上數(shù)第二排的3個(gè)實(shí)心圓點(diǎn))。
[0041 ]當(dāng)?shù)诙匠练e條件為襯底負(fù)偏壓100?150V;按質(zhì)量流量計(jì)H2用量為氣體總流量的4 %時(shí)，制備的c-BN膜中立方相的含量在75 %以上(見(jiàn)圖3中橫排上數(shù)第四排的2個(gè)實(shí)心圓點(diǎn))。
[0042]當(dāng)?shù)诙匠练e條件為襯底負(fù)偏壓100?150V;按質(zhì)量流量計(jì)H2用量為氣體總流量的14.4%時(shí)，制備的c-BN膜中立方相的含量在75%以上(見(jiàn)圖3中橫排上數(shù)第一排右邊的2個(gè)實(shí)心圓點(diǎn))。
[0043]本實(shí)施例也說(shuō)明，第二步沉積時(shí)最優(yōu)選的沉積條件是襯底溫度400°C、襯底負(fù)偏壓100V、按質(zhì)量流量計(jì)H2用量為氣體總流量的8%?11 %。
[0044]實(shí)施例4
[0045]將實(shí)施例1中的生長(zhǎng)條件不變，研究了氫氣與溫度對(duì)c-BN膜生長(zhǎng)速率的影響。反應(yīng)氣體中氬氣和氮?dú)獗壤３衷?:6，氫氣占總氣體的比例在O?5.4%變化，襯底溫度從室溫(RT)逐漸增加到500 °C，射頻功率保持80W，壓強(qiáng)2.0Pa，生長(zhǎng)時(shí)間為2h?？傻玫侥さ纳L(zhǎng)速率隨襯底溫度的升高而升高，在溫度為200 °C和300 °C時(shí)達(dá)到最高，隨后降低，也就是得到立方相生長(zhǎng)的臨界值。立方相生長(zhǎng)的襯底最低溫度可以確定在300°C，大于300°C時(shí)膜的生長(zhǎng)速率降低有利于立方相BN的生長(zhǎng)。
[0046]產(chǎn)品的生長(zhǎng)速率、氫氣用量和溫度之間的三維關(guān)系見(jiàn)圖4。
[0047]實(shí)施例5
[0048]第一步沉積:只改變實(shí)施例1中的氬氣和氮?dú)獗壤秊?:6。
[0049]第二步沉積:將實(shí)施例1中的最佳生長(zhǎng)溫度400°C作為生長(zhǎng)溫度、最佳襯底負(fù)偏壓100V作為生長(zhǎng)偏壓，改變出用量為按質(zhì)量流量計(jì)為氣體總流量的O?15%，可以得到沉積速率和氫氣用量之間的關(guān)系，沉積速率隨氫氣的增加在逐漸降低，在大于4%之后基本保持在低沉積速率下不再變化。產(chǎn)品的沉積速率和氫氣用量的關(guān)系圖參見(jiàn)圖5。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁控濺射制備立方氮化硼厚膜的方法，以硅片為襯底，以六角氮化硼或單質(zhì)硼靶為濺射靶材，先將襯底清洗干凈;將清洗好的硅片放在磁控濺射真空室的樣品臺(tái)上，靶基間距為4?5cm，射頻功率50?10W ；其特征是，米用兩步沉積法制備c_BN厚膜； 第一步沉積是將真空室的背底真空抽至1.0 X 10—3Pa以上，引入Ar/N2混合氣體達(dá)到工作氣壓2.0Pa，N2/Ar質(zhì)量流量比為1:2?6;在襯底溫度300?500°(:、襯底負(fù)偏壓150￥下開(kāi)始濺射第一層氮化硼膜，生長(zhǎng)時(shí)間I?2h; 第二步沉積是在第一步沉積基礎(chǔ)上通入H2，按質(zhì)量流量計(jì)H2用量為氣體總流量的4%?15%，保持襯底溫度至300?500 °C、調(diào)節(jié)襯底負(fù)偏壓為O?150V，開(kāi)始濺射第二層氮化硼膜，生長(zhǎng)時(shí)間為2?15h。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射制備立方氮化硼厚膜的方法，其特征是，所述的襯底清洗，是將切好的硅片擦拭干凈，放到石油醚中煮沸，然后用丙酮進(jìn)行清洗，再用去離子水沖洗;然后將硅片放入沸騰的氨水、雙氧水、去離子水混合溶液中浸泡，取出用去離子水沖洗干凈;再將硅片置入沸騰的鹽酸、雙氧水、去離子水的混合液中浸泡，取出用去離子水沖洗干凈;再放入氫氟酸溶液中浸泡，取出后洗干凈，用氮?dú)獯蹈珊蠓湃胝婵帐摇?.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁控濺射制備立方氮化硼厚膜的方法，其特征是，第一步沉積中襯底溫度400 0C、襯底負(fù)偏壓為150V、生長(zhǎng)時(shí)間Ih;第二步沉積中按質(zhì)量流量計(jì)H2用量為氣體總流量的5.4%?11 %、保持襯底溫度400°C、襯底負(fù)偏壓為100V。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的一種磁控濺射制備立方氮化硼厚膜的方法，屬于超硬材料及其制備的技術(shù)領(lǐng)域。以硅片為襯底，以h-BN或單質(zhì)硼靶為濺射靶材，采用兩步沉積法制備c-BN厚膜。在Ar/N2混合氣體氣氛下先濺射第一層氮化硼膜，再通入H2，按質(zhì)量流量計(jì)H2用量為氣體總流量的4％～15％，保持襯底溫度、調(diào)節(jié)襯底負(fù)偏壓濺射第二層氮化硼膜。本發(fā)明的方法在不使用過(guò)渡層、加H2量較少的條件下，直接在硅襯底上獲得立方相含量75％以上，甚至超過(guò)95％的c-BN厚膜，膜厚可達(dá)4μm以上，其穩(wěn)定性得到了顯著提高。
【IPC分類(lèi)】C23C14/06, C23C14/35
【公開(kāi)號(hào)】CN105568220
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610027359
【發(fā)明人】殷紅, 趙艷, 高偉, 李英愛(ài), 李紅東
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年1月15日