CN103290381A - 一种提高SiO2薄膜磁控溅射沉积速率方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于磁控溅射镀膜技术领域，尤其涉及一种提高SiO2薄膜磁控溅射沉积速率方法。采用等离子体发射探测系统实时监测中频反应磁控溅射等离子体发射光谱，并根据检测系统设定值将反应磁控溅射稳定在过渡态任意工作点；气体氛围为：工艺气体氩气及反应气体氧气；工艺气体置于孪生靶下方，反应气体置于孪生靶上方；本发明等离子体光谱原位监测不影响薄膜生长过程，有利于薄膜制备过程向智能化方向发展，光谱分析与计算机相结合。有效地提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种提高SiO2薄膜磁控溅射沉积速率方法
技术领域
本发明属于磁控溅射镀膜技术领域，尤其涉及一种提高SiO2薄膜磁控溅射沉积速率方法。 
背景技术
薄膜科学技术的发展日新月异，薄膜制备技术日趋完善。制备方法很多,如溶胶-凝胶法、喷涂法、化学汽相沉积法和磁控溅射法等,磁控溅射又分直流、中频和射频几种。 
采用中频电源的孪生靶的反应磁控溅射沉积速率高成膜质量好,有效抑制打火、阳极消失,中频电源与靶之间的连接比较简单,大功率中频电源也易于实现,在真空镀膜工业中占据的地位越来越重要。 
由于反应溅射的迟滞效应和过程不稳定, 采用中频电源的孪生靶的反应磁控溅射还是无法消除靶中毒的问题,工作点基本上无法稳定在金属与中毒之间的过渡态,只能以低沉积速率运行。反应溅射中的很多物理参数都具有迟滞现象,比如阴极电压、反应气体分压强、系统(总) 压强、沉积速率、薄膜特性以及等离子体发射光谱等,但最直观的还是阴极电压、系统(总) 压强和沉积速率。 
迟滞效应导致SiO2反应溅射过程中纯硅氧化物只能固定于低沉积速率状态下进行，提高沉积速率导致反应溅射容易进入金属模式，重新建立正常反应溅射需要花费时间，同时各项指标参数极易发生变化。 
发明内容
本发明为了克服上述缺陷，目的在于提供一种提高SiO2薄膜磁控溅射沉积速率方法，采用等离子体发射监测装置探测中频反应磁控溅射沉积SiO2中等离子体光谱曲线。 
本发明为了达到上述目的，采用如下的技术方案： 
一种提高SiO2薄膜磁控溅射沉积速率方法，采用等离子体发射探测系统实时监测中频反应磁控溅射等离子体发射光谱，并根据检测系统设定值将反应磁控溅射稳定在过渡态任意工作点；
气体氛围为：工艺气体氩气及反应气体氧气；工艺气体置于孪生靶下方，反应气体置于孪生靶上方；
该方法需要使用一种在线监测SiO2薄膜磁控溅射沉积速率装置：
阴极靶位采用孪生靶，电源采用中频电源；
孪生靶正上方为基材，距离100mm；
等离子体发射探测装置放置于真空腔室侧壁，真空腔室内放置光纤探头，等离子体发射光谱经由光纤传送至腔室外等离子体发射探测装置并由数据处理系统处理。
等离子体发射探测装置可设置固定值，间接控制反应气体流量并保持反应溅射稳定在过渡态任意工作点。 
通过等离子体发射监测系统解决反应溅射中靶中毒、沉积速率低等问题。等离子体中的特征光谱强度表征溅射靶面的工作模式,以金属模式溅射辉光强度为准,监测特征光谱的强度变化反馈溅射靶表面中毒情况,响应速度灵敏的反应气体流量控制器可直接控制反应气体流量大小,通过调节等离子体发射监测系统设定值调节氧流量，将反应溅射稳定在过渡模式中的任何一个工作点且有较高的反应沉积速率。 
本发明与现有技术相比有如下技术优点： 
本发明等离子体光谱原位监测不影响薄膜生长过程，有利于薄膜制备过程向智能化方向发展，光谱分析与计算机相结合。有效地提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明所用装置的结构示意图； 
1 孪生靶位Ⅰ，2 孪生靶位Ⅱ，3 工艺气体进气口Ⅰ，4 工艺气体进气口Ⅱ，5 反应气体进气口Ⅰ，6反应气体进气口Ⅱ，7 光纤探头， 8 基材，9 真空镀膜室。
图2 为本发明所用装置的控制系统示意图； 
10 真空室放气阀，11 高阀，12 低阀，13 分子泵前级阀，14 机械泵阀，15 机械泵，16 分子泵，17 中频电源，18 等离子体发射监测系统，19 数据处理装置。
图3为本发明所用装置的控制系统俯视图； 
20 工艺气体，21 压电阀。
具体实施方式
下面结合附图1、2、3对本发明进行详细说明：一种提高SiO2薄膜磁控溅射沉积速率方法，采用等离子体发射探测系统实时监测中频反应磁控溅射等离子体发射光谱，并根据检测系统设定值将反应磁控溅射稳定在过渡态任意工作点； 
气体氛围为：工艺气体氩气及反应气体氧气；工艺气体置于孪生靶下方，反应气体置于孪生靶上方；
该方法需要使用一种在线监测SiO2薄膜磁控溅射沉积速率装置，它包括如下部件：
孪生靶位Ⅰ1，孪生靶位Ⅱ2，工艺气体进气口Ⅰ3，工艺气体进气口Ⅱ4，反应气体进气口Ⅰ5，反应气体进气口Ⅱ6，光纤探头7，基材8，真空镀膜室9。
真空室放气阀10，1 高阀11，低阀12，分子泵前级阀13， 机械泵阀14，机械泵15， 分子泵16，中频电源17，等离子体发射监测系统18，数据处理装置19。 
工艺气体20，压电阀21。 
阴极靶位采用孪生靶，电源采用中频电源； 
孪生靶正上方为基材，距离100mm；
等离子体发射探测装置放置于真空腔室侧壁，真空腔室内放置光纤探头，等离子体发射光谱经由光纤传送至腔室外等离子体发射探测装置并由数据处理系统处理。
等离子体发射探测装置可设置固定值，间接控制反应气体流量并保持反应溅射稳定在过渡态任意工作点。 
真空系统采用机械泵为前级泵，分子泵作为主泵。Si靶材呈V形夹角布置, 单靶面有效宽度154mm,长度1800mm； 
靶材的上方两侧为三个单元的工艺气体出气孔，如附图3所示。
本底真空优于6×10–6pa，溅射时Ar由靶材底部气孔通入，流量固定为90sccm，反应气体由上方工艺气体气孔通入。氧气的流量在PEM不起作用时,根据需要手动设定。PEM参与控制时,由配套的压电阀自动调节，间接控制氧气流量，实现快速动态调节并将工作点稳定在过渡态任意点。 
以上所述实施例仅表达了本专利的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本专利的保护范围应以所附权利要求为准。 

Claims (2)

1.一种提高SiO2薄膜磁控溅射沉积速率方法，其特征在于：采用等离子体发射探测系统实时监测中频反应磁控溅射等离子体发射光谱，并根据检测系统设定值将反应磁控溅射稳定在过渡态任意工作点；
气体氛围为：工艺气体氩气及反应气体氧气；工艺气体置于孪生靶下方，反应气体置于孪生靶上方；
该方法需要使用一种在线监测SiO2薄膜磁控溅射沉积速率装置：
阴极靶位采用孪生靶，电源采用中频电源；
孪生靶正上方为基材，距离100mm；
等离子体发射探测装置放置于真空腔室侧壁，真空腔室内放置光纤探头，等离子体发射光谱经由光纤传送至腔室外等离子体发射探测装置并由数据处理系统处理。
2.根据权利要求1所述的提高SiO2薄膜磁控溅射沉积速率方法，其特征在于：等离子体发射探测装置可设置固定值，间接控制反应气体流量并保持反应溅射稳定在过渡态任意工作点。
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