一種磁控濺射設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁控濺射技術(shù)，尤其涉及一種磁控濺射設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]磁控濺射工藝簡(jiǎn)捷高效、低溫節(jié)能、無污染，廣泛地應(yīng)用于集成電路、液晶顯示器、薄膜太陽能電池等領(lǐng)域。
[0003]目前，半導(dǎo)體及光電器件對(duì)制造工藝的要求越來越精細(xì)化，數(shù)納米量級(jí)薄膜工藝成為制造過程中的關(guān)鍵工藝。現(xiàn)有技術(shù)中，納米級(jí)薄膜的生長(zhǎng)主要依靠一些更加精密的沉積技術(shù)，如分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積等系統(tǒng)設(shè)備，然而，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的角度來講，上述設(shè)備和工藝復(fù)雜昂貴且污染較嚴(yán)重。
[0004]較先進(jìn)的磁控濺射設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)1nm甚至更薄薄膜的沉積，但是薄膜的平整度和均勻性較難控制，同時(shí)存在在多層膜沉積時(shí)的損傷問題。在常規(guī)磁控濺射工藝所使用的腔室中，電極間輝光放電時(shí)，等離子體主要集中在靶材附近。低壓低溫輝光放電等離子中電子與離子之間沒有達(dá)到熱平衡，電子的快速運(yùn)動(dòng)(逃逸)使得靶材附近被約束的等離子體呈現(xiàn)正電荷性，即腔內(nèi)強(qiáng)電場(chǎng)主要分布在等離子體密集的陰極區(qū)域，而正極基片附近及一定深度內(nèi)，為低密度的中性粒子和電子電流。因此，到達(dá)基片附近的沉積粒子大小與沉積速率就很難得到有效地控制，這就使得納米級(jí)薄膜的柔性均勻沉積的實(shí)現(xiàn)變得困難，且薄層薄膜的粗糙度大，沉積過程中也會(huì)對(duì)基片上的已有薄膜造成損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺點(diǎn)和不足，提出了一種磁控濺射設(shè)備及磁控濺射方法，改善薄膜的平整度和均勻性，解決濺出效率低以及沉積粒子與沉積速率不可控的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供了一種磁控濺射設(shè)備，包括:一種磁控濺射設(shè)備，其特征在于，包括:磁控濺射室，其左、右側(cè)壁分別設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣口和抽氣口 ；濺射靶、靶材，位于磁控濺射室內(nèi)下部；磁鐵，位于磁控濺射室內(nèi)濺射靶底部；可移動(dòng)基板臺(tái)，位于磁控濺射室內(nèi)上部，可上下移動(dòng)，在其與濺射靶的相對(duì)面上設(shè)置有基片；保護(hù)罩，位于磁控濺射室內(nèi)，放置在靶材和可移動(dòng)基板臺(tái)之間；高頻電源，位于磁控濺射室外，其正負(fù)極分別與可移動(dòng)基板臺(tái)和濺射靶連接；通電線圈，纏繞在保護(hù)罩上，用于產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)；控制裝置，位于磁控濺射室外，用于控制基板臺(tái)的移動(dòng)。
[0007]所述的可移動(dòng)基板臺(tái)和濺射靶之間的間距為50?200 _。
[0008]所述的高頻電源的頻率為107~ 2X 10sHz。
[0009]所述的保護(hù)罩為中空?qǐng)A柱形，側(cè)壁為鏤空結(jié)構(gòu)。
[0010]所述的保護(hù)罩內(nèi)徑大于或等于所有靶材所在外接圓的直徑，其高度大于可移動(dòng)基板臺(tái)在最低位置處的下底面與磁控濺射室內(nèi)壁底面之間的距離。
[0011]所述的保護(hù)罩采用的材質(zhì)為石英或陶瓷材料。
[0012]所述的通電線圈的匝數(shù)至少為2匝，為可拆卸的鏤空結(jié)構(gòu)，相鄰?fù)娋€圈之間留有空隙。
[0013]所述的通電線圈內(nèi)電流可調(diào)節(jié)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為10 1^lO 5T。
[0014]所述的磁鐵為永磁體，磁場(chǎng)強(qiáng)度為102~1Τ。
[0015]采用本發(fā)明的有益效果是:
通過改變通電線圈內(nèi)電流，產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，增加了帶電粒子的回旋運(yùn)動(dòng)頻率，輔以高頻電源在陰陽極間的正負(fù)轉(zhuǎn)變，有效地增加了帶電粒子在運(yùn)行過程中的碰撞次數(shù)，以及沉積區(qū)域帶電粒子密度，進(jìn)而達(dá)到控制粒子大小和沉積速度的目的。
[0016]通電線圈內(nèi)的電流為安培級(jí)，線圈匝數(shù)可為幾百匝，工藝簡(jiǎn)單安全，且易與常規(guī)濺射設(shè)備兼容。
[0017]線圈采用鏤空結(jié)構(gòu)，相鄰?fù)娋€圈之間留有空隙，使線圈內(nèi)外的氣壓呈平衡狀態(tài)，通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子起磁聚焦作用，從而提高了靶材的濺出效率。
[0018]高頻電源引起電子的約束振蕩，增加了電子與沉積粒子的碰撞機(jī)率，同時(shí)減慢了薄膜沉積過程，對(duì)分解大的濺射顆粒、形成均勻薄膜有利。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明中磁控濺射設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是圖1中所示保護(hù)罩的主視圖。
[0021]圖3是圖1中所示保護(hù)罩的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參見圖1，本發(fā)明的磁控濺射設(shè)備包括磁控濺射室101，為一個(gè)可以形成密閉空間的圓柱形或長(zhǎng)方體型容器，其左、右側(cè)壁分別設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣口 1011和抽氣口 1012，抽氣口1012連接有真空泵1013 ;濺射靶103、靶材104，位于磁控濺射室內(nèi)下部；磁鐵1041，為永磁體，位于磁控濺射室內(nèi)濺射靶底部，磁場(chǎng)強(qiáng)度為102~?τ;可移動(dòng)基板臺(tái)102，位于磁控濺射室內(nèi)上部，可上下移動(dòng)，在其與濺射靶103的相對(duì)面上設(shè)置有基片1021 ;保護(hù)罩105，位于磁控濺射室內(nèi)，放置在靶材104和可移動(dòng)基板臺(tái)102之間，保護(hù)罩為中空?qǐng)A柱形，側(cè)壁為鏤空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑大于或等于所有靶材104所在外接圓的直徑，其高度大于可移動(dòng)基板臺(tái)102在最低位置處的下底面與磁控濺射室內(nèi)壁底面之間的距離，保護(hù)罩采用的材質(zhì)為石英或陶瓷材料；高頻電源106，位于磁控濺射室外，其正負(fù)極分別與基板臺(tái)102和濺射靶103連接；通電線圈107，纏繞在保護(hù)罩105上，用于產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，通電線圈的匝數(shù)至少為2匝，為可拆卸的鏤空結(jié)構(gòu)，相鄰?fù)娋€圈之間留有空隙；控制裝置1022，位于磁控濺射室外，用于控制基板臺(tái)102的移動(dòng)。
[0023]下面對(duì)使用上述的本實(shí)施方式的磁控濺射設(shè)備的濺射成膜過程進(jìn)行說明。
[0024]將纏繞好通電線圈107的保護(hù)罩105放置在磁控濺射室內(nèi)地面上，在可移動(dòng)基板臺(tái)102的底面上安裝好基片，作為濺射成膜的基底，并調(diào)節(jié)可移動(dòng)基板臺(tái)102向下移動(dòng)到與濺射靶103的間距為5(T200nm的位置。從磁控濺射室101的進(jìn)氣口 1011導(dǎo)入濺射氣體至磁控濺射室內(nèi)，根據(jù)磁控濺射室內(nèi)氣體壓力分布，調(diào)節(jié)濺射氣體的通入量。濺射氣體選用惰性氣體，如氮?dú)狻鍤?。啟?dòng)高頻電源106，施加高頻電壓，高頻電源106的頻率為107~2X10sHz，使磁控濺射室內(nèi)產(chǎn)生放電。調(diào)節(jié)通電線圈107內(nèi)的電流，以產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為10 115I^實(shí)施薄膜濺射成膜過程。
[0025]通電線圈107內(nèi)通過變化的電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，增加了帶電粒子的回旋運(yùn)動(dòng)頻率，輔以高頻電源106在陰陽電極間的正負(fù)轉(zhuǎn)變，有效地增加了帶電粒子在運(yùn)行過程中的碰撞次數(shù)，以及沉積區(qū)域帶電粒子密度，進(jìn)而達(dá)到控制粒子大小和沉積速度的目的。保護(hù)罩105、通電線圈107采用鏤空結(jié)構(gòu)，這樣使得通電線圈107內(nèi)外氣壓處于平衡狀態(tài)，通電線圈107的磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子起到磁聚焦作用，對(duì)提高靶材濺射效率有益。
[0026]附加高頻電源106，引起電子的約束振蕩，增加了電子與沉積粒子的碰撞機(jī)率，同時(shí)減慢了薄膜沉積過程，對(duì)分解大的濺射顆粒，形成均勻薄膜有利，與通電線圈107的作用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜的磁控濺射沉積。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁控減射設(shè)備，其特征在于，包括: 磁控濺射室，其左、右側(cè)壁分別設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣口和抽氣口； 濺射靶、靶材，位于磁控濺射室內(nèi)下部； 磁鐵，位于磁控濺射室內(nèi)濺射靶底部； 可移動(dòng)基板臺(tái)，位于磁控濺射室內(nèi)上部，可上下移動(dòng)，在其與濺射靶的相對(duì)面上設(shè)置有基片; 保護(hù)罩，位于磁控濺射室內(nèi)，放置在靶材和可移動(dòng)基板臺(tái)之間； 高頻電源，位于磁控濺射室外，其正負(fù)極分別與可移動(dòng)基板臺(tái)和濺射靶連接； 通電線圈，纏繞在保護(hù)罩上，用于產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)； 控制裝置，位于磁控濺射室外，用于控制基板臺(tái)的移動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述的可移動(dòng)基板臺(tái)和濺射靶之間的間距為50 ~ 200 mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述的高頻電源的頻率為17?2 X 10s Hz。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述的保護(hù)罩為中空?qǐng)A柱形，側(cè)壁為鏤空結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述的保護(hù)罩內(nèi)徑大于或等于所有靶材所在外接圓的直徑，其高度大于可移動(dòng)基板臺(tái)在最低位置處的下底面與磁控濺射室內(nèi)壁底面之間的距離。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述的保護(hù)罩采用的材質(zhì)為石英或陶瓷材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述的通電線圈的匝數(shù)至少為2匝，為可拆卸的鏤空結(jié)構(gòu)，相鄰?fù)娋€圈之間留有空隙。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述的通電線圈內(nèi)電流可調(diào)節(jié)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為10 1^lO 5T。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述的磁鐵為永磁體，磁場(chǎng)強(qiáng)度為 10 2^lTc
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種磁控濺射設(shè)備，包括磁控濺射室，其左、右側(cè)壁設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣口和抽氣口；濺射靶、靶材，位于磁控濺射室內(nèi)下部；磁鐵，位于磁控濺射室內(nèi)濺射靶底部；可移動(dòng)基板臺(tái)，位于磁控濺射室內(nèi)上部，在其與濺射靶的相對(duì)面上設(shè)置有基片；保護(hù)罩，位于磁控濺射室內(nèi)，放置在靶材和可移動(dòng)基板臺(tái)之間；高頻電源，位于磁控濺射室外，其正負(fù)極分別與基板臺(tái)和濺射靶連接；通電線圈，垂直放置在基板臺(tái)和濺射靶之間，用于產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。本發(fā)明的實(shí)施可以增加了電子與沉積粒子的碰撞機(jī)率，達(dá)到控制粒子大小和沉積速度的目的，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)薄膜的磁控濺射沉積。
【IPC分類】C23C14/35
【公開號(hào)】CN105088156
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410184891
【發(fā)明人】宋太偉, 高偉波
【申請(qǐng)人】上海建冶環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?br>【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月5日