CN105264107A - 化学计量介电薄膜的高速反应溅射 - Google Patents

化学计量介电薄膜的高速反应溅射 Download PDF

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Abstract

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。

Description

化学计量介电薄膜的高速反应溅射
发明背景
技术领域
本申请总体上涉及一种反应溅射方法和装置，更具体地涉及一种用于实现化学计量介电薄膜的高速沉积并且使在靶与阳极或者真空系统的其它部分之间出现的电弧放电最小化的方法和装置。
背景技术
介电薄膜(尤其是氧化物和氮化物)被广泛使用于大范围的用途中，诸如半导体芯片、磁和光记录、平板显示器、喷墨打印机头、太阳能电池、集成光学、光学薄膜和硬保护膜。与在氩气-氧气或者氩气-氮气气体混合物中对金属靶进行溅射有关的反应磁控溅射是一种形成这些薄膜的常用沉积方法。然而，用于使沉积速率或薄膜形成最大化并且获得适当的薄膜化学计量的、对这种反应溅射工艺的控制却是难以实现的。
反应溅射是非常多用途的涂覆技术，该技术使种类广泛的化合物材料的制备成为可能。然而，该技术传统上具有一个主要缺点。当反应性气体(例如，氧气或氮气)的分压达到正确水平以便在基底表面上形成金属化合物(例如，氧化物或氮化物)的化学计量薄膜时，该反应性气体也在金属靶表面上形成相同的金属化合物。由于来自金属靶的化合物部分的金属原子的溅射产额较低，因而相应地导致薄膜沉积速率显著降低。另外，在所采用的高靶功率密度下(例如，在大功率脉冲磁控溅射期间)，在这些条件下可以在靶上观察到相当大的电弧放电，从而导致低质量的沉积薄膜。电弧放电表明由于绝缘薄膜在靶上堆积所导致的靶(阴极)与阳极的短路或者真空系统的电接地的产生。存在用于对金属靶进行反应溅射从而使化合物薄膜沉积的两种操作“模式”。在反应性气体进入真空室的流速为较低的情况下，靶仍然是金属性的。在反应性气体的流速为较高的情况下，靶被该化合物覆盖。与“覆盖(中毒)模式”相比，在“金属模式”中获得高得多的(通常5至10倍)沉积速率。当改变反应性气体的流速时，在金属模式与显示滞后的覆盖模式之间存在着过渡；即，沉积速率(和靶电压)的差异取决于是否在相同工艺条件下从金属模式或者从覆盖模式进入特定的溅射状态。为了高速地形成高质量的化学计量介电薄膜，反应溅射必须在金属模式与覆盖模式之间的过渡区中进行。
得到广泛认可的磁控溅射技术的最新进展是大功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)，其特征是在较短的电压脉冲期间(通常40μs至200μs)内施加大约kWcm-2级的靶功率密度。该高靶功率密度导致非常稠密的放电等离子体的产生，并且具有高电离度的溅射原子。因此，可以在高度电离的靶材料原子流中实施薄膜沉积。这对于定向沉积入高长宽比沟槽并且经由用于基底涂层界面工程设计的结构和薄膜的离子辅助生长具有重大意义。虽然有这些系统在介电薄膜的反应溅射沉积中的若干成功应用，但仍然存在着在高靶功率密度的沉积工艺期间的电弧放电以及沉积速率低的显著问题。
因此，在HiPIMS的领域，对于提供对反应溅射工艺的有效且可靠的控制从而实现化学计量介电薄膜的高速沉积并且使电弧放电最小化的方法和装置存在着需求。
发明内容
本发明通过提供在由电源所保持的恒定靶电压下控制进入真空室的脉冲反应性气体流速以便促进介电化学计量薄膜在金属模式与覆盖(中毒)模式之间的过渡区中的高速沉积的反应溅射处理系统和方法而克服了上述问题，甚至在使用大功率脉冲磁控溅射金属靶时。
对于给定的靶材料和反应性工艺气体而言，将同时由工艺控制器所及时监测的两个工艺参数(即，在一段时间的脉冲电源中的靶电流或平均靶电流、或者真空室中的反应性气体分压)中的一个工艺参数选为工艺参数。对于给定的标称靶功率、靶材料和反应性工艺气体而言，优化的恒定靶电压、非反应性气体(氩气)分压、流入真空室的总反应性气体流速和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，使用控制反应溅射工艺的装置基于所感测到的控制参数的时间相关值而经验性地确定。该确定是基于沉积速率的测量和沉积薄膜的特性。控制参数的临界值通过进入真空室中的受控的脉冲反应性气体流速来限定真空室中的一系列反应性气体分压，从而允许实施介电化学计量薄膜在金属模式与覆盖(中毒)模式之间的过渡区中的稳定化的高速反应性磁控沉积。
本发明的一个重要方面是所设计的方法和装置能够利用在化学计量介电薄膜的高速沉积中在较短的靶电压脉冲期间(通常40μs至200μs)靶功率密度高达数kWcm-2的HiPIMS放电的益处。
具体地，本发明涉及一种用于对与反应性气体和用作阴极的靶中所包含材料之间的反应有关的溅射沉积工艺进行控制的方法，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；
建立用于给定的标称靶功率水平的反应溅射沉积工艺的操作方案；和
利用受控制的进入真空室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实施化学计量介电薄膜的稳定化的高速反应性沉积。
可基于由所述控制工艺参数的所述临界值所限定的真空室中的一系列反应性气体的分压，来确定在金属模式与覆盖模式之间的过渡区。
靶可以是金属，并且在反应中所形成的化合物可以是介电化学计量材料。
将化合物溅射沉积到基底上，可以在大体相同功率条件下，在不存在所述反应性气体情况下的操作相对应的金属模式中，以靶材料沉积速率的至少大约40％的速率实施。
所述化合物可以是选自氧化物、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。
控制工艺参数可以是靶电流(在连续DC溅射的情况下)、或者在一段时间的脉冲电源期间的平均靶电流(在脉冲溅射的情况下)、或者真空室中的反应性气体分压。
确定了靶电流(在连续DC溅射的情况下)或者在一段时间的脉冲电源期间的平均靶电流(在脉冲溅射的情况下)以及真空室中的反应性气体分压对在恒定靶电压下在相同放电条件下进入真空室的反应性气体的恒定流速脉冲的敏感度。换句话说，实施工艺表征，并且确定上述参数如何对在恒定靶电压下在相同放电条件下反应性气体进入真空室的恒定流速脉冲作出响应。
可将对在恒定靶电压下在相同放电条件下进入真空室中的反应性气体的恒定流速脉冲显示最高灵敏度的参数选为控制工艺参数。
可基于对(优化的)恒定靶电压、非反应性气体(例如氩气)的分压、进入真空室中的总反应性气体流速、和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的确定而建立操作方案，从而在低于给定水平的电弧放电的情况下，获得所形成薄膜的给定沉积速率和期望的物理性质。
这导致了在最小化的电弧放电情况下所形成的高沉积速率和期望的元素组成及薄膜的物理性质。对以上数量的确定是基于反应性磁控溅射领域中的基础知识、沉积速率的测量、沉积薄膜的特性、和对放电不稳定性(电弧)的检测。
控制工艺参数的临界值可用于限定终止的次数、和进入真空室中的反应性气体的预设恒定流速脉冲的连续启动。
可在使用DC电源的恒定靶电压下、或者在使用脉冲电源(包括大功率脉冲DC电源)的利用高达数kWcm-2靶功率密度的放电脉冲期间在较短靶电压脉冲中在恒定靶电压下提供靶功率。
本发明还涉及一种反应溅射沉积装置，该装置包括：
真空室；
阳极；
将反应性气体提供入真空室中的反应性气体源，该反应性气体的特征是进入真空室中的给定脉冲流速(该脉冲流量是由流量控制器维持)、或者真空室中的给定分压(该分压是基于在非反应性气体分压的固定预设值下所测量的真空室中总气体压力而确定)；
靶，该靶是作为真空室中的阴极并且包含与反应性气体反应而形成化合物的材料；
电源，该电源电性连接到所述靶，因此可以选择性地由电源向所述靶供电从而在真空室中利用反应性气体而产生放电等离子体，该放电等离子体与靶的材料发生反应而形成化合物；
控制装置，该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，以便调整在恒定值的非反应性气体分压下进入真空室中的脉冲反应性气体流速，从而在最小化的电弧放电的情况下在金属模式与覆盖模式之间的过渡区中高速地实施化学计量介电薄膜的稳定化的反应性沉积。
所述靶可以是金属，并且所述化合物可以是介电化学计量材料。
控制装置可构造成能够同时地及时检测所述真空室中的反应性气体分压、及靶电流(在连续DC溅射的情况下)或者在一段时间的脉冲电源期间的平均靶电流(在脉冲溅射的情况下)，以便基于这些参数中的一个参数对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的较高灵敏度来选择上述参数中的一个参数作为用于给定的靶材料和反应性工艺气体的所述控制工艺参数。
电源可以是在恒定靶电压下操作的DC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(包括高达数kWcm-2的靶功率密度在较短靶电压脉冲中的大功率脉冲DC电源)；具备内部或外部计算机控制的脉冲电源，允许对在反应性气体流速脉冲发送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。
附图说明
本发明在某些部件中可采用实物形态及部件的布置；将在本说明书中对这些部件的实施方式进行详细描述，并且在构成本发明一部分的附图中进行图解说明，在附图中：
图1示意性地示出了可用于实施本发明的溅射系统的部件。
图2A和图2B分别示出了在ZrO2和Ta2O5薄膜的受控反应性HiPIMS期间在一段时间中和50μs电压脉冲期间的50Wcm-2固定平均靶功率密度的靶电压和靶电流密度的波形，和
图3A和图3B分别示出了作为占空比的函数的沉积速率、以及在一段时间内对于50Wcm-2固定平均靶功率密度的ZrO2和Ta2O5薄膜的相应的消光系数和折射率。
具体实施方式
本发明的方法和相关装置被设计成对用于靶材料原子与在靶表面上、在使薄膜生长的表面上、和在金属靶的反应性大功率磁控溅射(尤其是HiPIMS)期间在放电等离子体中的反应性气体原子和分子的相互作用的条件进行控制并且优选地进行优化，以便可以高沉积速率沉积出高质量的介电化学计量薄膜。
参照图1，图中示意性示出了可用于实施本发明的溅射系统的部件。在将基底材料14(例如，硅晶片、玻璃、钢等)放置在位于真空室10内部的固定器16上之后，利用真空泵12将真空室10抽真空。也将靶材料18(例如，锆、钽或一些其它金属)放置在真空室10内部。在工艺中，靶18起阴极的作用，真空室10的内壁起阳极的作用。优选地，正如本技术领域中已知的，阴极是磁控溅射源(其详细结构未示出)的一部分。
使非反应性气体(例如惰性气体，如氩气)从气体源20经由质量流量控制器22、关闭阀24和导管进入真空室10。从反应性气体源26经过质量流量控制器28和30、关闭阀32和34并且经由通常位于在溅射的靶前面的两个不同位置的导管36和38而提供反应性气体(例如，氧气、氮气、甲烷、乙炔等)，从而当不仅在到达基底上的气流中而且到达靶上的气流中反应性气体分子的解离程度显著增加时(尤其是在大功率磁控溅射工艺期间)减小化合物对靶的覆盖率。在一个替代的实施方式中，可用不同反应性气体(例如，氧气和氮气)的两个气体源来代替反应性气体源26，以便对三元化合物(例如，氮氧化物、或者氧化物与氮化物材料各相的混合物)实施反应溅射沉积。在由质量流量控制器22所保持的固定预设值的氩气分压下，压力传感器40测量真空室中的总压力。工艺控制器42(优选可编程逻辑控制器)基于所感测到的靶电流的时间相关值(或者，可由控制所使用的脉冲电源44的操作的计算机进行评估的、在一段时间中的平均靶电流)，例如用于ZrO2薄膜的溅射沉积的时间相关值、或者由压力传感器40(例如，用于Ta2O5薄膜的溅射沉积)所确定的真空室中总压力，而向质量流量控制器28和30提供控制信号，正如下面进一步说明的。
电源44向靶18供电(例如，通过阴极端子导线与靶的导电连接，因此当如此连接时靶充当阴极的一部分)。在本发明的一个优选实施方式中，具有电弧处理能力(快速电弧检测和抑制技术)的大功率脉冲DC电源44以大约1千Wcm-2的靶功率密度和在2％至10％范围内的典型占空比(电压脉冲持续时间与总时间段的比率)在靶处提供较短的(通常40μs至200μs)负恒定电压脉冲，正如在HiPIMS的技术领域中所知的。本发明的替代实施例可采用各种连续DC、脉冲或射频(RF)电源作为电源44，这种靶电源技术在本领域是所众所周知的。
因此，根据反应溅射工艺的基本的、众所周知的操作，反应性和非反应性气体流入真空室中，并且被提供给阴极的功率在阴极与阳极之间产生电势，因此在真空室中生成放电等离子体。该等离子体包含非反应性气体原子和离子、反应性气体原子、分子和离子、及溅射的材料原子和离子，尤其是在高靶功率密度下。用于沉积在基底上的金属原子的源是利用其离子轰击的来自靶的溅射。用于沉积在基底上的主要反应性气体源是进入真空室的反应性气体流，该气体的流量与反应性气体的分压有关。另外，反应性气体可以与靶表面的靶材料发生反应而在靶(例如，将靶氧化)上形成化合物。这种在靶上的化合物形成被公认为是反应溅射中的主要问题，尤其是在用于以高沉积速率形成介电化学计量薄膜的金属靶反应溅射中的问题。
根据本发明，工艺控制器42向质量流量控制器28和30提供控制信号，以便调整进入真空室中的脉冲反应性气体流速(通过预设的恒定气体流速脉冲的持续时间)，从而将与真空室中的反应性气体分压有关的反应性气体流速维持在某个规定范围内。进入真空室的反应性气体流速(和真空室中的反应性气体分压)的该范围是基于如下工艺开发过程而确定。
首先，对于给定的靶材料和反应性工艺气体(或气体)而言，基于这些参数中的一个参数对在恒定靶电压下(或者，在放电脉冲期间的恒定靶电压)在相同放电条件下进入真空室中的反应性气体的恒定流速脉冲的较高灵敏度，将由工艺控制器42同时地及时监测的两个工艺参数(即，在一段时间的脉冲电源中的靶电流或平均靶电流，或者在固定预设值的氩气分压下的真空室中总压力，即真空室中的反应性气体分压)中的一个工艺参数选为控制工艺参数。正如本领域中已知的，各种靶材料的不同行为主要是由于它们对与靶表面上的反应性气体的化学反应的不同亲和力以及被部分覆盖(例如，被氧化物或氮化物)的靶的二次电子发射系数对靶覆盖率的不同或甚至相反的依赖性所导致。
其次，对于给定的标称靶功率及靶材料和反应性工艺气体而言，优化的恒定靶电压、非反应性气体(氩气)分压、导管36和38两者中的总反应性气体流速及其被划分进入各导管中的流速、以及在靶前面的导管的位置和来自导管的反应性气体流动方向(例如，朝向靶或基底)、以及所选择控制工艺参数的临界值(在图2A和图2B中分别是在ZrO2薄膜溅射沉积的一段时间中的平均靶电流、和用于Ta2O5薄膜溅射沉积的氧气分压)，是基于所感测到的控制参数的时间相关值由控制反应溅射工艺的装置所确定。该确定是基于反应性磁控管溅射领域的基础知识、和沉积速率的测量、及沉积薄膜的特性(尤其是透光率、元素组成、硬度、质量密度、结构和表面形貌)。控制参数的临界值限定真空室中的一系列反应性气体分压，从而能够在金属模式与覆盖(中毒)模式之间的过渡区中实施化学计量介电薄膜的稳定化的高速反应性磁控沉积。当被监测控制参数的值变得高于相应的临界值时，工艺控制器42向质量流量控制器28和30提供信号从而关闭进入真空室的反应性气体流动，并因此使在金属靶的化合物部分上的电弧放电最小化并且防止薄膜沉积速率显著减小。在控制参数的持续增加之后，主要由于与真空室中反应性气体分压的变化相关的“惯性”，因而控制参数的值减小(如图2A和2B中所示)。当控制参数的瞬时值变得等于或小于其临界值时，工艺控制器42向质量流量控制器28和30提供信号从而打开进入真空室的反应性气体流动，并因此实现反应性气体原子对薄膜的充分的加入(化学计量组成)。对于各种标称功率而言，可重复执行建立用于化学计量介电薄膜的高速的稳定化反应性沉积的操作方案的该步骤。
除了使用具有小于20Wcm-2的常见靶功率密度的标准“低功率”连续DC脉冲或RF电源作为电源44的本发明各种替代实施例外，尤其可用于使用大功率磁控溅射金属靶的介电化学计量化合物的高速沉积，包括具有在较短靶电压脉冲(通常40μs至200μs)中的高达数kWcm-2的靶功率密度的大功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)。根据本发明的使用市售大功率脉冲DC电源的脉冲反应性气体流量控制的应用具备以下特征：(i)以大体恒定的值产生负电压脉冲(所谓的恒定电压操作模式)、(ii)有效的电弧处理能力(快速电弧测度和抑制技术)、和(iii)能够评估在反应性气体流速脉冲发送期间在一段时间的脉冲电源中的时间相关的平均靶电流(如图2A中所示)从而能够利用在本领域中已知的HiPIMS放电的益处的计算机控制。这些是在电压脉冲期间流向靶的非常高的总离子流，该总离子流导致在靶处的来自金属部分以及在靶处的来自化合物部分的反应性气体原子的金属原子强溅射，从而减小化合物对靶的覆盖率，并因此增加薄膜沉积速率。另外，在电压脉冲期间反应性气体原子和分子流向靶的通量被较强的溅射原子的“溅射风”显著地减少，从而导致气体混合物在靶前面的稀薄化。在流到基底上的气流中的反应性气体分子的高度解离导致较高的薄膜沉积速率以及反应性气体原子进入薄膜的较高结合(这是由于与反应性气体分子相比反应性气体原子在基底表面处具有高得多的粘附系数)。此外，高得多的对基底的总离子通量导致反应性气体原子进入生长薄膜中的亚注入并且导致薄膜的致密化。
工艺控制器42可以各种方式而具体化，但具有数据采集和控制接口的可编程逻辑控制器或者编程的数字计算机(例如，个人计算机或工作站)是优选的。可理解的是，将工艺控制器42并入电源44本身中。
在根据上文中所描述实施方式而开发并实施用于ZrO2和Ta2O5薄膜的反应溅射沉积工艺中所获得实验结果的以下例子，只是通过举例来说明本发明的特征和特点，但本发明不应被理解成受这些实例的限制。
实施例
这些实验是使用具有在标准不锈钢真空室(直径507毫米、长度520毫米)中的直接水冷平面型的锆或钽靶(99.9％Zr和Ta纯度，100毫米的直径和6毫米的厚度)的强非平衡磁控源而实施，所述真空室用具备旋转泵(30m3h-1)的扩散泵(2m3s-1)而抽真空。沉积前的基础压力为10-3Pa。氩气/氧气气体混合物的总压力为大约2Pa。
磁控管是由大功率脉冲DC电源(HMP2/1，HüttingerElektronik公司)所驱动。重复频率为500Hz，电压脉冲持续时间是在50μs至200μs的范围内，并且具有2.5％至10％的相应的占空比。在漂浮电势下使ZrO2和Ta2O5薄膜沉积在硅基底上。靶与基底的距离为100毫米。通过轮廓测量(Dektak8StylusProfiler，Veeco公司)来测量薄膜厚度(通常在800nm和1200nm之间)。在沉积期间，基底温度低于300℃。利用通过卢瑟福背散射而校准的PANalytical波长色散X射线荧光光谱仪MagiXPRO，测量薄膜的元素组成。利用PANalyticalX′PertPRO衍射仪，研究薄膜的结构。通过使用J.A.Woollam有限公司仪器的可变角度椭圆偏振光谱法，来确定折射率和消光系数。使用具有20mN的预设最大载荷的计算机控制显微硬度计(FischerscopeH-100B)，测定薄膜硬度。
图2A和图2B分别示出了在一段时间中和50μs电压脉冲持续时间中50Wcm-2的预设平均靶功率密度的靶电压和靶电流密度的时间演化、以及在一段时间中的相应的平均靶电流的时间演化(在2Pa的预设氩气分压下)和在高度透明的化学计量ZrO2和Ta2O5薄膜的反应溅射沉积期间控制氧气流速脉冲的氧气分压(在1.5Pa的预设氩气分压下)。应注意，图中示出的氧气流速的值代表在ZrO2薄膜的沉积期间在分别位于与靶相距20毫米和40毫米处的导管36和38中的总氧气流速，以及在Ta2O5薄膜的沉积期间与靶相距20毫米处的导管36中的总氧气流速(图1)。导管36与导管38中的氧气流速之间的比率为5∶2，并且将氧气流引导至用于ZrO2薄膜沉积的基底；以1∶1的比率将氧气流引导至用于Ta2O5薄膜沉积的靶。如图2A和图2B中可见，对于ZrO2和Ta2O5薄膜的受控沉积而言，在由工艺控制器42所允许的相应的最小和最大氧气分压下，脉冲中的平均靶功率密度是分别是在1.70kWcm-2至2.10kWcm-2范围内、和1.71kWcm-2至2.02kWcm-2的范围内。
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50μs至200μs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n。对于所有的ZrO2薄膜沉积而言，固定的氩气分压为2Pa；而在Ta2O5薄膜沉积中，氩气分压是在1.5Pa(50μs的电压脉冲)到1Pa(200μs的电压脉冲)之间。正如可以从图中所见的，对于化学计量ZrO2和Ta2O5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)。ZrO2薄膜是晶体(单斜相)，而Ta2O5薄膜是纳米晶体(在低于300℃的基底温度下所预计的)。这两种薄膜的硬度分别是在10GPa至16GPa和7GPa至8GPa的范围内。
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。

Claims (14)

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靶，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靶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。
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