專(zhuān)利名稱(chēng)：一種冷卻金屬鎵靶中頻孿生磁控濺射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝有冷卻金屬鎵靶的中頻孿生磁控濺射裝置。
背景技術(shù)：
GaN單晶薄膜一般用MOCVD、MBE或鹵化物氣相外延(HVPE)方法在800～1100oC高溫在藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)而成；GaN光電器件的制備則一般采用MOCVD和MBE，最近HVPE也成功地用于制備GaN發(fā)光器件。但對(duì)薄膜晶體顯示器和太陽(yáng)電池等應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，由于一般采用玻璃襯底，制作流程需在較低溫度下完成，上述三種方法(MBE、MOCVD、HVPE)都不適于這種應(yīng)用領(lǐng)域。磁控濺射濺射是一種低溫沉積技術(shù)。由于濺射原子的能量可以只有幾個(gè)eV因而磁控濺射方法中，生長(zhǎng)溫度可以控制在300C以下。另一方面，MOCVD必須使用金屬有機(jī)源、HVPE采用大量HCl，兩種方法都需要進(jìn)行必要的排污處理，而磁控濺射采用純金屬源，反應(yīng)氣體為N2，無(wú)需任何排污處理，是一種沒(méi)有污染的環(huán)境友好型制備技術(shù)。但現(xiàn)有的磁控濺射裝置如直流和射頻裝置在成膜時(shí)Ga、N反應(yīng)在靶面上也生成GaN層，因而嚴(yán)重影響沉積速率，形成所謂靶中毒現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種冷卻金屬鎵靶中頻孿生磁控濺射裝置，該裝置具有較好的鍍膜能力、成本低、均勻性好、易于控制、成膜溫度低、無(wú)環(huán)境污染。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種冷卻金屬鎵靶中頻孿生磁控濺射裝置，包括真空室，真空室設(shè)有抽真空口，真空室內(nèi)設(shè)有磁控靶和可旋轉(zhuǎn)的襯底架，其特征在于磁控靶采用靶池結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)磁控靶構(gòu)成孿生靶，兩個(gè)磁控靶分別與中頻電源的二個(gè)輸出聯(lián)接，襯底架與磁控靶相對(duì)且平行放置；磁控靶內(nèi)設(shè)有冷卻室，冷卻室設(shè)有冷卻介質(zhì)進(jìn)口和出口。
本發(fā)明上述每個(gè)磁控靶的靶磁場(chǎng)布局方式均為非平衡磁場(chǎng)，獨(dú)自形成閉合場(chǎng)。
上述磁控靶呈矩形靶池結(jié)構(gòu)。
上述襯底架上設(shè)有襯底加熱裝置。
為了進(jìn)一步提高薄膜與基體的附著力，上述襯底加有負(fù)偏壓，偏壓可在0-1000V內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
本發(fā)明具有鍍膜效率高、成本低、均勻性好、易于控制、成膜溫度低、無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn)。


附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述裝置的使用作進(jìn)一步說(shuō)明如附圖所示本發(fā)明包括真空室13，沉積系統(tǒng)和電源及控制系統(tǒng)，真空室13設(shè)有抽真空口4，真空室13內(nèi)設(shè)有磁控靶6和可旋轉(zhuǎn)的襯底架14(襯底架14固定在由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸9上)，本發(fā)明沉積系統(tǒng)是關(guān)鍵，包括靶系統(tǒng)和襯底系統(tǒng)，磁控靶6采用靶池結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)磁控靶構(gòu)成孿生靶，兩個(gè)磁控靶6由一個(gè)中頻電源8供電，頻率為40KHz，功率為20kW，兩個(gè)磁控靶6分別與中頻電源8的二個(gè)輸出聯(lián)接，兩靶交替為中頻電源的正負(fù)極，構(gòu)成孿生靶，避免了化合物在靶面的成核和生長(zhǎng)，克服了靶中毒現(xiàn)象，使沉積速率大幅度提高。襯底架14與磁控靶6相對(duì)且平行放置，且距離可調(diào)(可通過(guò)上下調(diào)節(jié)襯底架的旋轉(zhuǎn)軸來(lái)實(shí)現(xiàn))，以便優(yōu)化工藝參數(shù)。磁控靶6內(nèi)設(shè)有冷卻室5，冷卻室5設(shè)有冷卻介質(zhì)7進(jìn)口和出口。在真空室13中，每個(gè)單獨(dú)的靶最好采用矩形靶池結(jié)構(gòu)(這樣襯底12旋轉(zhuǎn)時(shí)，襯底12總是處于濺射等離子體中，較普通圓靶更有利于大面積鍍膜)，靶池3底板采用導(dǎo)熱性良好的紫銅，各個(gè)靶池3下面用分離的管道通水通電，以對(duì)靶池進(jìn)行循環(huán)冷卻和偏壓控制。每個(gè)磁控靶背面放置鐵硼強(qiáng)磁鐵，磁場(chǎng)布置方向相同，形成閉合場(chǎng)，靶面磁場(chǎng)強(qiáng)度500Gauss；同時(shí)每個(gè)單獨(dú)的靶磁場(chǎng)布局方式都為非平衡磁場(chǎng)。在進(jìn)行沉積成膜時(shí)，將鎵傾入靶池中，用冷卻水循環(huán)冷卻(如5--20℃冷卻水)至低于鎵熔點(diǎn)(29℃)，形成固態(tài)靶，為保證導(dǎo)熱均勻，靶池深度設(shè)計(jì)為3mm。同時(shí)為了進(jìn)一步提高膜-基附著力，本裝置的襯底架14安裝1000V左右的負(fù)偏壓2，鍍膜前進(jìn)行原位離子清洗，得到清潔的襯底表面，成膜過(guò)程中再用適當(dāng)能量的的離子轟擊改善膜基附著力和薄膜內(nèi)應(yīng)力。
本發(fā)明中的襯底架安裝加熱器和熱電偶1，可精確控制襯底溫度。氣體10流量可通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)11控制。真空系統(tǒng)可由擴(kuò)散泵和機(jī)械泵組成，也可以采用分子泵。沉積時(shí)工作氣體為氮?dú)?、氬氣混合氣體。用質(zhì)量流量計(jì)對(duì)氣體的流量進(jìn)行控制。
系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，先啟動(dòng)機(jī)械泵抽低真空，然后啟動(dòng)擴(kuò)散泵抽高真空，當(dāng)真空度達(dá)到5×10-3Pa時(shí)，啟動(dòng)加熱裝置，進(jìn)行加熱除氣，去掉真空室壁、襯底架以及襯底上所吸附的空氣，保持100℃左右的襯底溫度，真空度達(dá)到5×10-3Pa時(shí)，停止加熱，充入工作氣體，開(kāi)始進(jìn)入鍍膜過(guò)程，鍍膜過(guò)程結(jié)束后，通氮?dú)饣蜃匀焕鋮s，等溫度降到50℃以下時(shí)，取出襯底，整個(gè)工作流程結(jié)束。
本發(fā)明與目前國(guó)內(nèi)外通用的GaN鍍膜設(shè)備不同，充分利用了冷卻金屬靶技術(shù)、孿生技術(shù)、閉合磁場(chǎng)技術(shù)，特別利用了矩形靶的優(yōu)點(diǎn)，可以在大面積襯底上形成均勻平滑的薄膜，以改進(jìn)成膜厚度的均勻性，改善薄膜質(zhì)量。本裝置可克服MOCVD、HVPE等GaN沉積技術(shù)的缺點(diǎn)，如溫度較高、對(duì)環(huán)境污染等。裝置可采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。本發(fā)明提供的設(shè)備充分體現(xiàn)了中頻孿生鍍膜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服了現(xiàn)有許多制備系統(tǒng)的不足，具有鍍膜效率高、鍍膜成本低、操作方便、無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn)，具有極大的應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種冷卻金屬鎵靶中頻孿生磁控濺射裝置，包括真空室，真空室設(shè)有抽真空口，真空室內(nèi)設(shè)有磁控靶和可旋轉(zhuǎn)的襯底架，其特征在于磁控靶采用靶池結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)磁控靶構(gòu)成孿生靶，兩個(gè)磁控靶分別與中頻電源的二個(gè)輸出聯(lián)接，襯底架與磁控靶相對(duì)且平行放置；磁控靶內(nèi)設(shè)有冷卻室，冷卻室設(shè)有冷卻介質(zhì)進(jìn)口和出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻金屬鎵靶中頻孿生磁控濺射裝置，其特征在于每個(gè)磁控靶的靶磁場(chǎng)布局方式均為非平衡磁場(chǎng)，獨(dú)自形成閉合場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷卻金屬鎵靶中頻孿生磁控濺射裝置，其特征在于磁控靶呈矩形靶池結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷卻金屬鎵靶中頻孿生磁控濺射裝置，其特征在于襯底架上設(shè)有襯底加熱裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷卻金屬鎵靶中頻孿生磁控濺射裝置，其特征在于襯底加有0-1000V內(nèi)連續(xù)可調(diào)的負(fù)偏壓。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種冷卻金屬鎵靶中頻孿生磁控濺射裝置，包括真空室，真空室設(shè)有抽真空口，真空室內(nèi)設(shè)有磁控靶和可旋轉(zhuǎn)的襯底架，磁控靶采用靶池結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)磁控靶構(gòu)成孿生靶，兩個(gè)磁控靶分別與中頻電源的二個(gè)輸出聯(lián)接，襯底架與磁控靶相對(duì)且平行放置；磁控靶內(nèi)設(shè)有冷卻室，冷卻室設(shè)有冷卻介質(zhì)進(jìn)口和出口。本發(fā)明充分利用了中頻孿生靶磁控濺射鍍膜的優(yōu)點(diǎn)，有效抑制了靶中毒現(xiàn)象，克服了分子束外延(MBE)、金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等裝置所固有的缺點(diǎn)，如高溫生長(zhǎng)、高成本、有機(jī)污染等，本裝置具有成膜溫度低、鍍膜效率高、鍍膜成本低、操作方便、無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn)，是一種具有極大應(yīng)用價(jià)值的GaN低溫沉積裝置。
文檔編號(hào)C23C14/06GK1948546SQ200610124959
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月7日
發(fā)明者付德君, 鄒長(zhǎng)偉, 劉傳勝, 郭立平, 彭友貴 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)