專利名稱：利用調(diào)制功率信號用于控制離子密度和能量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于濺射操作的功率源和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鍍膜基片的用途十分廣泛，它對于當今的消費產(chǎn)品，太陽能產(chǎn)品，和玻璃是至關(guān)重 要的。例如，利用鍍膜基片的典型消費產(chǎn)品包括移動電話顯示器，平板計算機顯示器，平板 電視，個人數(shù)字輔助器，和數(shù)字鐘表。這些鍍膜基片通常是通過沉積薄層材料到特定基片上 制成的。通常，這種沉積材料是透明導電氧化物(TCO)，它發(fā)射光并能夠傳導電流。典型的 TCO包括銦錫氧化物(ITO)和鋁鋅氧化物(AZO)，但是，專業(yè)人員還知道其他的TC0。制造商利用稱之為“濺射操作”的過程沉積TCO和其他薄膜到基片上。濺射操作 涉及利用離子轟擊靶得到靶原子。從靶上濺射出的原子沉積在基片上，該基片通常是在濺 射過程時移動通過該靶。濺射的原子聚集在基片上并形成晶體，而最終形成薄膜。高密度 和高質(zhì)量晶體對于高質(zhì)量薄膜是重要的。圖1至圖4表示濺射過程的實施方案。例如，圖1表示稱之為“可轉(zhuǎn)動磁控管”的 濺射系統(tǒng)。這個系統(tǒng)通常用于涂敷玻璃?；镜目赊D(zhuǎn)動磁控管包括可轉(zhuǎn)動的陰極10和靶 15，它們放置在真空室20內(nèi)。真空室20包括氣體入口 25和氣體出口 30，分別用于引入氣 體到真空室20和從真空室20中去除氣體。該基本系統(tǒng)還包括功率源35，它可以是交流 電源，直流電源，或射頻基電源。功率源35提供能量給陰極10以激勵真空室20內(nèi)的氣體， 因此，在陰極10周圍形成等離子體。等離子體產(chǎn)生的氣體離子被放置在可轉(zhuǎn)動陰極10內(nèi) 的磁性裝置40聚焦，從而使離子轟擊靶15并濺射靶15的原子。最后，這個可轉(zhuǎn)動磁控管 系統(tǒng)包括基片傳輸系統(tǒng)45，它在濺射過程期間傳輸基片通過陰極10。從靶15濺射出的原 子停留在基片上并形成薄膜。圖2表示另一種濺射系統(tǒng)的部分剖面圖。這個系統(tǒng)稱之為“平面磁控管”，因為它 利用平面陰極50和平面靶55，而不是利用可轉(zhuǎn)動的陰極和靶。與可轉(zhuǎn)動磁控管類似，平面 磁控管利用磁鐵60迫使等離子體中的離子轟擊靶55。平面磁控管通常用于制作顯示器的薄膜。圖3表示平面磁控管中磁性裝置70產(chǎn)生的磁場65。當電子和二次電子在粒子軌 道周圍漂移運動時，磁場把它們限制在產(chǎn)生離子的濺射陰極表面上和表面附近。產(chǎn)生的離 子轟擊靶(圖2中所示的單元55)。從圖2中可以看出，這種轟擊對于靶的某些部分是相當 強烈的。例如，靶55的兩個部分75已被嚴重濺射，而靶55的其余部分是相對地未受影響。 這個濺射過程形成的圖形稱之為“粒子軌道”。圖4表示有形成粒子軌道80的平面靶75。由于需要薄膜產(chǎn)品的增多，薄膜行業(yè)最近以來把重點放置在薄膜質(zhì)量上。低質(zhì)量 薄膜往往是由于在基片上聚集的多余碎片和/或在基片上形成的不良薄膜。薄膜行業(yè)試圖
3用各種方法解決這些薄膜質(zhì)量問題，其中包括改變功率源和引入離子輔助沉積過程。但是， 薄膜行業(yè)對于這些新的薄膜要求至今還沒有開發(fā)出可用于解決薄膜碎片和薄膜形成問題 的可靠、有效、和商品化實際方案。面臨薄膜行業(yè)的碎片(厚和薄)問題涉及兩種碎片類型。第一種碎片類型包括來 自靶的碎片，而第二種碎片類型來自薄膜本身和基片托架。這第二種碎片類型往往是在靶 的碎片撞擊薄膜之后產(chǎn)生的。來自靶的碎片通常是結(jié)塊和電弧的結(jié)果。(結(jié)塊是由靶上材 料堆積而成，且通常是在濺射材料沉積到靶或陰極上而不是沉積到基片上形成的。)圖5表示形成在陰極90和/或靶95上典型的結(jié)塊85例子。在這個例子中，陰極 90和靶95表示成相鄰的單獨元件。例如，靶95可以是由ITO制成，且它可以粘貼或連接到 陰極90。一般地說，該系統(tǒng)應當濺射ITO靶95，而不是濺射支承靶95的陰極90。在其他的 實施例中，陰極90和靶95可以集成為一個單元或者是可轉(zhuǎn)動類型。這個濺射系統(tǒng)中的等離子體是由氬氣100形成的。功率源(未畫出)給陰極90提 供功率以使氣體電離，從而形成正電荷離子105，它們被吸引到負電荷陰極90和靶95。在 這個實施方案中，加到陰極90上的功率是穩(wěn)態(tài)直流波形，雖然專業(yè)人員也可以利用其他類 型的功率。一旦形成離子105，離子105與負電荷靶95之間的電吸引力導致靶的轟擊和靶材 料的濺射。大部分濺射材料沉積在基片110上形成薄膜115。但是，一些濺射材料重新沉積 到陰極90和/或靶95上并形成 結(jié)塊85。結(jié)塊可以造成嚴重的問題，最嚴重的是電弧和碎片。被吸引到負電荷靶的正電荷 離子聚集在結(jié)塊上，并使它物理生長或被再生長。由于積累在結(jié)塊上的離子，在結(jié)塊與靶表 面之間形成電勢，使電流沿靶的表面流動。在某些點上，由于熱應力或介質(zhì)擊穿，在結(jié)塊與 靶表面之間形成電弧。這種電弧可以使結(jié)塊爆炸并吹動粒子到產(chǎn)生碎片的基片上。這些粒 子可以撞擊生長的薄膜，如同流星撞擊月亮一樣。撞擊薄膜的靶粒子可以造成三個問題。第一，靶粒子可以破壞薄膜上生長的晶體。 在某些情況下，這種撞擊可以在薄膜表面上產(chǎn)生大的斑疤和凹坑。第二，靶的碎片可以破裂 松散薄膜的粒子，從而在沉積過程中留下薄膜陰影。然后，這些粒子重新沉積在其他部分的 薄膜上。最后，從靶上吹出的高溫碎片可以燃燒生長的薄膜，特別是在聚合物上生長的薄膜。即使薄膜生長沒有受到碎片的破壞，仍然可能形成不合適的薄膜。使薄膜制造商 感到困惑的重大問題涉及微晶質(zhì)量，非均勻薄膜生長，和化學計量術(shù)?？梢詼y量這些性質(zhì)中 的某些性質(zhì)，并計算體電阻，體電阻是體材料電阻率的量度。一種用于解決這種薄膜質(zhì)量問 題的方法包括離子輔助沉積。離子輔助沉積系統(tǒng)通常是給濺射系統(tǒng)增加單獨的離子源。 來自這種附加離子源的離子有助于在薄膜生長時形成或填裝薄膜。該離子源不同于陰極和 靶，它是非常昂貴的。這種昂貴離子源妨礙廣泛采用的離子輔助沉積。因此，我們需要一種輔助薄膜生長和解決當前技術(shù)問題的系統(tǒng)和方法，當前的技 術(shù)問題包括以上列出的問題，但不限于這些問題。

發(fā)明內(nèi)容
以下總結(jié)在附圖中展示的本發(fā)明典型實施例。在具體實施方式
一節(jié)中更充分地描述這些和其他的實施例。然而，應當明白，我們沒有試圖把本發(fā)明限制于發(fā)明內(nèi)容或具體實 施方式中所描述的形式。專業(yè)人員可以知道，各種改動，相當內(nèi)容和其他結(jié)構(gòu)都是在權(quán)利要 求書所規(guī)定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)。一個實施方案涉及在濺射系統(tǒng)中用于控制離子密度和濺射速率的方法。在一個實 施例中，加第一脈沖寬度功率信號到陰極，從而產(chǎn)生較高濃度的離子。然后，減小第一脈沖 寬度功率信號的脈沖寬度，從而增大濺射速率和減小陰極周圍的離子密度。其次，重復該過 程以產(chǎn)生調(diào)制的信號。以下描述的其他實施方案利用其他的調(diào)制功率信號。


結(jié)合附圖參照以下的具體實施方式
和所附的權(quán)利要求書，可以更容易地理解本發(fā) 明的各個目的和優(yōu)點以及更完整地理解本發(fā)明，其中圖1表示用于濺射的典型可轉(zhuǎn)動磁控管；圖2表示典型平面磁控管和靶的橫截面；圖3表示典型平面磁控管和對應磁場曲線的橫截面；圖4表示在平面靶中形成的粒子軌道；圖5是在靶上形成結(jié)塊的方框圖；圖6A表示脈沖直流功率源的防電弧能力；圖6B表示對應于圖6A的脈沖直流波形；圖7表示利用穩(wěn)態(tài)直流電壓濺射得到的薄膜性質(zhì)；圖8A表示利用功率信號濺射的三階段過程，該功率信號包含脈沖直流波形上疊 加的RF ；圖8B表示對應于圖8A的脈沖直流波形；圖9A和9B表示在脈沖直流波形上疊加RF和沒有脈沖直流波形得到的薄膜；圖10表示體電阻與離子能量之間關(guān)系的典型曲線圖；圖IlA和IlB表示靶上的脈沖直流測量結(jié)果和離子能量的測量結(jié)果；圖12表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源和濺射系統(tǒng)；圖13表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源和濺射系統(tǒng)；圖14表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源；圖15表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源和濺射系統(tǒng)；圖16A表示可用于本發(fā)明一個實施方案的頻率調(diào)制功率信號；圖16B表示頻率調(diào)制功率信號對離子密度和離子能量的影響；圖17A表示可用于本發(fā)明一個實施方案的幅度調(diào)制功率信號；圖17B表示幅度調(diào)制功率信號對離子密度和離子能量的影響；圖18A表示可用于本發(fā)明一個實施方案的脈沖寬度調(diào)制信號；圖18B表示脈沖寬度調(diào)制信號對離子產(chǎn)生和離子能量的影響；圖19表示可用于本發(fā)明一個實施方案的脈沖位置調(diào)制信號；圖20表示按照本發(fā)明一個實施方案利用脈沖直流信號的脈沖幅度調(diào)制；圖21表示按照本發(fā)明一個實施方案利用脈沖直流信號的脈沖寬度調(diào)制；和
圖22表示可用于本發(fā)明一個實施方案的脈沖位置調(diào)制。
具體實施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中相同或類似的元件在幾個附圖中是用相同的參考數(shù)字標記， 并具體參照圖6A和6B，這兩個圖說明包含脈沖直流功率源的濺射系統(tǒng)防電弧能力，在這個 說明中，脈沖直流功率源(未畫出)用于提供脈沖直流信號給陰極90。圖6B表示對應于圖6A的脈沖直流信號。請注意，穩(wěn)定電壓120約為負100 (-100) 伏。在周期性間隔，功率源在短時間內(nèi)使電壓反向。例如，功率源可以提供3或4微秒正脈 沖125給陰極90。這個正脈沖125對靶95和陰極90進行正電荷充電。圖6A中利用靶95 上的“ + ”符號表示這種電荷。因為氬離子105也是帶正電荷，它們被靶95上相同的正電荷 排斥，在相同時間發(fā)生的另一種情況是，電子從等離子體被拉向陰極，并與正離子復合而變 成中性，從而去掉堆積的電荷。因此，反向脈沖125可以從結(jié)塊(nodUle)85中去除一部分積 累的離子，在反向(正電壓)期間，從等離子體中射出朝向基片的離子很可能被送到基片， 從而形成對生長薄膜的離子轟擊。結(jié)塊仍然保留，但是大大減小了結(jié)塊上的離子和結(jié)塊85 與靶表面之間的電弧電勢。仍然參照圖6B，在反向脈沖125之后，功率源回到正常的工作狀態(tài)。S卩，功率源提 供正向脈沖130，然后是約負100(-100)伏的穩(wěn)定電壓135。反向脈沖的頻率和持續(xù)時間， 反向脈沖電壓，和穩(wěn)定電壓在不同的靶材料和相同材料的不同質(zhì)量靶中可以不同。此外，這 些參數(shù)甚至對于相同的靶也隨時間發(fā)生變化。專業(yè)人員知道如何選取他們使用具體靶的正 確參數(shù)。圖7表示利用穩(wěn)態(tài)直流電壓進行濺射操作得到的薄膜性質(zhì)。在這個系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài) 直流電壓(約為300V)加到陰極90和靶95上。離子145轟擊靶95，而濺射材料140在基 片110上聚集成薄膜115。然而，這個薄膜115不是均勻的。它包含負面影響導電率的一些間隙。這些間隙 指出晶體不是合適生長的晶體，和薄膜不是高質(zhì)量薄膜。不完美晶體和間隙是由于不良沉積和/或高能量粒子撞擊薄膜造成的。例如，過 高的陰極電壓可以給濺射原子140，反射中子150或產(chǎn)生的離子145提供太多的能量。這些 高能量粒子可以撞擊生長的薄膜15和造成分裂。因此，陰極90上的電壓控制對于生長高 質(zhì)量薄膜是有益的?，F(xiàn)在參照圖8A和8B，它們表示三級濺射過程，其中利用對應于每級的疊加射頻信 號和脈沖直流波形(未畫出射頻信號)。在第一級，有疊加射頻信號的脈沖直流電壓加到陰 極和靶上。穩(wěn)態(tài)直流電壓約為100V至125V。射頻波形是在13. 56MHz下約+/-800VAC至 2000VAC，但不限于這個頻率。利用疊加的射頻信號或任何其他調(diào)制信號，可以減小陰極電 壓，從而可以更好地控制離子/沉積能量。類似地，利用較低的陰極電壓，可以更好地控制 濺射材料140的能量。在第一級，靶95是由離子145轟擊，因此，靶95被濺射。請注意，在第一級是高密 度濺射材料140。濺射速率是高的，離子密度是低的，而電子155的密度是高的。在第二級，功率源(未畫出)加反向直流信號到陰極90。例如，功率源加的脈動電 壓是在+50V與+250V之間。在第二級，濺射速率是低的。請注意，與第一級比較，沒有濺射物 140。但是與第一級比較，在第二級中產(chǎn)生的離子145(包括負電荷充電所需的氧離子) 是高的。這個增加的離子數(shù)目可用在第三級中轟擊靶。這些離子還用于輕微地沖擊生長的 薄膜115并填裝或排列濺射材料，從而閉合任何的薄膜間隙。這個過程是用薄膜表面上的 離子145表示。最后，在第三級中功率源使電壓回到穩(wěn)定狀態(tài)。第三級與第一級類似，它產(chǎn)生濺射 材料140而使薄膜115繼續(xù)生長。這種濺射，沉積，產(chǎn)生離子和填裝循環(huán)可以制成較高質(zhì)量的薄膜。重要的是，這種 循環(huán)濺射薄膜層，填裝該薄膜層，和隨后濺射另一層。射頻信號與脈沖直流信號的疊加是產(chǎn) 生這些循環(huán)的一種方式。其他的調(diào)制信號可以產(chǎn)生類似的結(jié)果。圖9A和9B表示利用脈沖直流信號和沒有脈沖直流信號疊加射頻信號的優(yōu)點。通 過加射頻信號與脈沖直流信號的組合到陰極90上，可以獲得良好的濺射結(jié)果。圖9B表示 這種類型薄膜的典型情況。在這個系統(tǒng)中，陰極90是利用脈沖直流波形與疊加射頻信號 或另一種調(diào)制信號供電。形成的薄膜115是均勻和緊密填充的。圖9A表示制作薄膜115質(zhì)量的系統(tǒng)略微不如圖9B所示系統(tǒng)。但是圖9A所示的 系統(tǒng)仍然可以制作良好的薄膜。在這個系統(tǒng)中，陰極90是由穩(wěn)態(tài)直流電壓和疊加的射頻信 號供電。制成的薄膜在濺射原子之間有一些間隙。圖10是離子能量(EV)與薄膜質(zhì)量(體電阻)之間關(guān)系的典型曲線圖。這個曲 線圖中的具體數(shù)值是隨靶材料而變化，但是該曲線是代表性的。當離子能量是低( 1EV) 時，薄膜質(zhì)量可能較低(較高的體電阻指出較差質(zhì)量的薄膜)。而當離子能量是非常高( 1000EV)時，薄膜的質(zhì)量較低。但當離子能量是適度時，例如，在30至150EV的范圍內(nèi)，通過 頻率控制離子密度，薄膜的質(zhì)量較高。這個曲線圖說明，在濺射過程中可以通過控制離子能 量來控制薄膜的質(zhì)量。太低能量的離子不能在薄膜原子中產(chǎn)生級聯(lián)式碰撞。即，太低能量 的離子無助于把薄膜原子填裝在一起和消除間隙(通過減小原子陰影)。太高能量的離子 可以破壞形成的薄膜晶體，并能夠?qū)嶋H增大間隙和晶粒邊界的數(shù)目。一種用于控制離子能 量的方法是利用包含上述疊加射頻信號的功率系統(tǒng)或其他的調(diào)制功率源。圖IlA表示利用脈沖直流波形的功率源輸出。第一波形的頻率是350kHz和反向 脈沖寬度是1.1 μ S。第二波形的頻率是200kHz和反向脈沖寬度是2. 3 μ S。圖IlB表示對 應于這兩個直流波形的離子能量。請注意，離子能量增強到高電平，它可以破壞基片上生長 的晶體。限制這些高峰值的功率源對于制作高質(zhì)量薄膜是有用的。圖12表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源160和濺射系統(tǒng)165。這個系統(tǒng)包括調(diào) 制功率源160，它可以包含電壓尖峰抑制或限幅。例如，功率源160可以包含與射頻等離子 體功率源連接(“連接”也意味著“集成”)的脈沖直流功率源。它還可以包含與射頻等離 子體功率源連接的直流功率源或交流功率源。而在其他的實施例中，它可以包含與可編程 調(diào)制功率源連接的脈沖直流功率源，直流功率源或交流功率源。這個調(diào)制功率源可以輸出 頻率調(diào)制的信號，幅度調(diào)制的信號，脈沖寬度調(diào)制的信號，脈沖位置調(diào)制的信號，等等(“濺 射系統(tǒng)”也可以是集成的功率源和濺射裝置)。圖13表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的另一個實施例功率源和濺射系統(tǒng)。這個實施方 案包括射頻等離子體源170和與濺射系統(tǒng)165連接的射頻匹配網(wǎng)絡(luò)175。它還可以包括
7脈沖直流功率源180和與濺射系統(tǒng)165連接的射頻濾波器185。組合這兩個功率源的信號以 驅(qū)動濺射系統(tǒng)165。專業(yè)人員知道如何連接和操作這些元件，因此，此處不再詳細地描述。圖14表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的特定功率源。請注意，“功率源”可以包括一起工 作的多個功率源或能夠產(chǎn)生所需波形的一個單元。而在這個實施方案中，兩個不同的功率 源耦合在一起作為單個功率源，即，射頻源190和脈沖直流源200。ADVANCED ENERGY的型號RFG3001 (3kff)射頻功率源提供射頻信號。ADVANCED ENERGY的位置是在Fort Collins, Colorado0這個功率源可以改變成內(nèi)部或外部電弧抑 制，而饋送這個功率源的輸出到調(diào)諧器205，例如，有直流電弧檢測和關(guān)閉電路的ADVANCED ENERGY XZ90 調(diào)諧器。在這個實施方案中，脈沖直流功率源是由PINNACLE生產(chǎn)，它是有內(nèi)部電弧抑制的 20kW功率源。從這個功率源輸出的功率饋送到大電流射頻濾波器盒210。這是一個標準的 空氣或水冷卻Tee或Pie濾波器。射頻濾波器盒的輸出與調(diào)諧器的輸出進行組合，并提供 給濺射系統(tǒng)。圖15表示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的功率源和濺射系統(tǒng)。這個系統(tǒng)與圖13所示的系 統(tǒng)類似，不同的是，功率源是交流功率源215，而不是脈沖直流功率源。圖16-19表示調(diào)制的交流功率信號，該信號可用于控制濺射系統(tǒng)中的離子密度和 離子能量，從而控制薄膜性質(zhì)和薄膜質(zhì)量。這些功率信號可用于實現(xiàn)以上描述的高質(zhì)量薄 膜。此外，射頻信號也可以疊加到任何這些調(diào)制功率信號上，為的是進一步影響薄膜的生 長。通過改變幅度，頻率和脈沖寬度或位置，離子與濺射物之比率，可以控制濺射速率 以及離子和濺射物的能量。重要的是這些調(diào)制方法控制時間的能力，用于基片上發(fā)生的表 面遷移率。圖16A表示頻率調(diào)制的功率信號。頻率調(diào)制(FM)是把模擬或數(shù)字形式的信息編 碼成載波，它的瞬時頻率是根據(jù)輸入信號變化的。圖16中最左側(cè)的波形表示任意的信號以 及它對頻率的影響。圖16B表示頻率調(diào)制功率信號對離子密度和離子能量的影響。由于高的脈沖頻 率，產(chǎn)生高的離子濃度。在較低頻率區(qū)，濺射速率是高的，而在較高頻率區(qū)，濺射速率是低 的。濺射物與離子的比率在兩個不同部分是不同的。濺射速率減小，離子濃度就增大，反之 亦然。這種變化給出用于改進薄膜生長的唯一動力學。圖17A表示幅度調(diào)制的功率信號。幅度調(diào)制是一種信號調(diào)制形式，其中消息信息 編碼成一系列信號脈沖的幅度。這是傳統(tǒng)的解釋，但是在等離子體源的情況下，電壓，電流 和功率電平可以調(diào)制任何所需的百分比。圖17B表示幅度調(diào)制的信號對離子密度和能量的影響。幅度調(diào)制改變?yōu)R射速率， 從而產(chǎn)生新型的過程和薄膜生長。圖18A表示脈沖寬度調(diào)制的信號。脈沖寬度調(diào)制是一種在通信信道上代表數(shù)據(jù)的 方法。利用脈沖寬度調(diào)制，數(shù)據(jù)樣本的數(shù)值是用脈沖的長度表示。圖18B表示調(diào)制的脈沖寬度信號對離子生產(chǎn)和能量的影響。由于高的脈沖頻率， 可以產(chǎn)生高濃度離子。在大的脈沖寬度區(qū)，濺射速率是高的；而在短的脈沖寬度區(qū)，濺射速 率是低的。濺射物與離子的比率在兩個不同部分是不同的。
圖19表示脈沖位置調(diào)制的信號。脈沖位置調(diào)制是一種信號調(diào)制的形式，其中在信 號脈沖序列之間的時序間隔中編碼消息信息。如同其他的調(diào)制信號，編碼信息可以改變離 子密度和能量。圖20-22表示調(diào)制的直流功率信號，它在濺射系統(tǒng)可用于控制離子密度和離子 能量，從而控制薄膜性質(zhì)和薄膜質(zhì)量?，F(xiàn)有的直流和復合直流濺射過程在它們有效控制薄 膜性質(zhì)的能力方面受到限制。直流和復合直流過程能夠并確實展現(xiàn)功率限制以及不能精確 地控制濺射過程能量。利用脈沖直流功率源濺射陰極受益于許多薄膜沉積過程和薄膜性 質(zhì)，特別是導電的透明薄膜，這是借助于更好地控制濺射能量。實現(xiàn)這種控制是由于這樣的 事實，這些功率源在用戶規(guī)定的頻率和強度下固有地熄滅和重新激勵等離子體。在這些系 統(tǒng)的任何一個系統(tǒng)中每個功率脈沖或等離子體激勵的開始時，產(chǎn)生離子的電子能量有很寬 的分布，所以，能夠產(chǎn)生較大的濺射物與離子百分比。在直流和復合直流過程中，因為僅有 初始的等離子體激勵，該分布穩(wěn)定到電子能量的較低平均值。鑒于以上所述，我們可以知道，脈沖功率有許多開始和等離子體激勵以增大平均 電子/離子能量到很高的數(shù)值，因此，使該過程獲得這個利益。通過控制脈沖寬度和占空 比，我們可以控制電子/離子能量，以及產(chǎn)生的特定濺射物與離子的相對數(shù)目。利用脈沖功 率可以使操作員有效地控制更多的濺射薄膜性質(zhì)。在典型的脈沖直流功率源之外，有用戶規(guī)定的頻率以及正向和反向定時設(shè)置，它 是輸出功率到濺射陰極和通用等離子體的新領(lǐng)域。新的方法和系統(tǒng)提供按照一個或多個方 法調(diào)制的功率。適用于交流功率源的大多數(shù)調(diào)制方法也適用于直流功率源。因此，這些直 流系統(tǒng)的描述類似于以上對交流系統(tǒng)的描述。圖20表示利用脈沖直流信號的脈沖幅度調(diào)制。圖21表示利用脈沖直流信號的脈沖寬度調(diào)制。在脈沖寬度調(diào)制中，數(shù)據(jù)樣本的數(shù) 值是用脈沖的長度表示。圖22表示脈沖位置調(diào)制，它是一種信號調(diào)制的形式，其中消息信息編碼在信號脈 沖序列之間的時序間隔中。正如交流例子一樣，通過改變幅度，頻率和脈沖寬度或位置，可以控制離子與濺射 物之比率，濺射速率以及離子和濺射物的能量。重要的是這些調(diào)制方法控制時間的能力，用 于基片上發(fā)生的表面遷移率。總之，本發(fā)明的實施例能夠獲得較高的產(chǎn)量和較高質(zhì)量的薄膜，以及它與利用標 準直流，交流，射頻濺射過程和大多數(shù)類似靶材料制成薄膜不同的薄膜。在一個實施例中， 這是通過控制濺射能量，離子密度，濺射速率和離子能量以促進高質(zhì)量薄膜生長實現(xiàn)的。專 業(yè)人員容易理解，在本發(fā)明，其用途和配置中可以有多種變化和替換，它仍然可以基本實現(xiàn) 與上述實施例相同的結(jié)果。因此，我們沒有把本發(fā)明局限于公開的典型形式。許多變化，改 動和其他的結(jié)構(gòu)都是在權(quán)利要求書中所公開的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種在濺射系統(tǒng)中用于控制離子密度和濺射速率的方法，該方法包括加高頻功率信號到陰極，從而產(chǎn)生第一離子濃度；減小加到陰極上的功率信號的頻率，從而增大濺射速率和減小陰極周圍的第一離子濃度；加高頻功率信號到陰極，從而產(chǎn)生第二離子濃度；和減小加到陰極上的功率信號的頻率，從而增大濺射速率和減小陰極周圍的第二離子濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 在陰極周圍疊加射頻功率信號。
3.一種在濺射系統(tǒng)中用于控制離子密度和濺射速率的方法，該方法包括 加第一脈沖寬度功率信號到陰極，從而產(chǎn)生第一離子濃度；減小加到陰極上的第一脈沖寬度功率信號的脈沖寬度，從而增大濺射速率和減小陰極 周圍的第一離子濃度；加第一脈沖寬度功率信號到陰極，從而產(chǎn)生第二離子濃度；和 減小加到陰極上的第一脈沖寬度功率信號的脈沖寬度，從而增大濺射速率和減小陰極 周圍的第二離子濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括 在陰極周圍疊加射頻功率信號。
5.一種在濺射系統(tǒng)中用于控制離子密度和濺射速率的方法，該方法包括 加高幅度功率信號到陰極，從而產(chǎn)生第一離子濃度；減小加到陰極上的功率信號的幅度，從而增大濺射速率和減小陰極周圍的第一離子濃度；加高幅度功率信號到陰極，從而產(chǎn)生第二離子濃度；和減小加到陰極上的功率信號的幅度，從而增大濺射速率和減小陰極周圍的第二離子濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括 在陰極周圍疊加射頻功率信號。
全文摘要
公開一種在濺射系統(tǒng)中用于控制離子密度和濺射速率的方法。在一個實施例中，加第一脈沖寬度功率信號到陰極，從而產(chǎn)生較高的濃度離子。然后，減小第一脈沖寬度功率信號的脈沖寬度，從而增大濺射速率和減小陰極周圍的離子密度。其次，重復該過程以產(chǎn)生調(diào)制的信號。
文檔編號C23C14/34GK101974732SQ201010277159
公開日2011年2月16日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者邁克爾·W.·斯托厄爾 申請人:應用膜公司