CN105088156A

CN105088156A - 一种磁控溅射设备

Info

Publication number: CN105088156A
Application number: CN201410184891.0A
Authority: CN
Inventors: 宋太伟; 高伟波
Original assignee: Shanghai Jianye Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Jianye Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明提供了一种磁控溅射设备，包括磁控溅射室，其左、右侧壁设置一个进气口和抽气口；溅射靶、靶材，位于磁控溅射室内下部；磁铁，位于磁控溅射室内溅射靶底部；可移动基板台，位于磁控溅射室内上部，在其与溅射靶的相对面上设置有基片；保护罩，位于磁控溅射室内，放置在靶材和可移动基板台之间；高频电源，位于磁控溅射室外，其正负极分别与基板台和溅射靶连接；通电线圈，垂直放置在基板台和溅射靶之间，用于产生变化的磁场。本发明的实施可以增加了电子与沉积粒子的碰撞机率，达到控制粒子大小和沉积速度的目的，实现纳米级薄膜的磁控溅射沉积。

Description

一种磁控溅射设备

技术领域

本发明涉及一种磁控溅射技术，尤其涉及一种磁控溅射设备。

背景技术

磁控溅射工艺简捷高效、低温节能、无污染，广泛地应用于集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能电池等领域。

目前，半导体及光电器件对制造工艺的要求越来越精细化，数纳米量级薄膜工艺成为制造过程中的关键工艺。现有技术中，纳米级薄膜的生长主要依靠一些更加精密的沉积技术，如分子束外延、金属有机化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积等系统设备，然而，从经济和环保的角度来讲，上述设备和工艺复杂昂贵且污染较严重。

较先进的磁控溅射设备也可以实现10nm甚至更薄薄膜的沉积，但是薄膜的平整度和均匀性较难控制，同时存在在多层膜沉积时的损伤问题。在常规磁控溅射工艺所使用的腔室中，电极间辉光放电时，等离子体主要集中在靶材附近。低压低温辉光放电等离子中电子与离子之间没有达到热平衡，电子的快速运动（逃逸）使得靶材附近被约束的等离子体呈现正电荷性，即腔内强电场主要分布在等离子体密集的阴极区域，而正极基片附近及一定深度内，为低密度的中性粒子和电子电流。因此，到达基片附近的沉积粒子大小与沉积速率就很难得到有效地控制，这就使得纳米级薄膜的柔性均匀沉积的实现变得困难，且薄层薄膜的粗糙度大，沉积过程中也会对基片上的已有薄膜造成损伤。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中所存在的缺点和不足，提出了一种磁控溅射设备及磁控溅射方法，改善薄膜的平整度和均匀性，解决溅出效率低以及沉积粒子与沉积速率不可控的问题。

为实现本发明的目的而提供了一种磁控溅射设备，包括：一种磁控溅射设备，其特征在于，包括：磁控溅射室，其左、右侧壁分别设置一个进气口和抽气口；溅射靶、靶材，位于磁控溅射室内下部；磁铁，位于磁控溅射室内溅射靶底部；可移动基板台，位于磁控溅射室内上部，可上下移动，在其与溅射靶的相对面上设置有基片；保护罩，位于磁控溅射室内，放置在靶材和可移动基板台之间；高频电源，位于磁控溅射室外，其正负极分别与可移动基板台和溅射靶连接；通电线圈，缠绕在保护罩上，用于产生变化的磁场；控制装置，位于磁控溅射室外，用于控制基板台的移动。

所述的可移动基板台和溅射靶之间的间距为50~200mm。

所述的高频电源的频率为10⁷~2×10⁸Hz。

所述的保护罩为中空圆柱形，侧壁为镂空结构。

所述的保护罩内径大于或等于所有靶材所在外接圆的直径，其高度大于可移动基板台在最低位置处的下底面与磁控溅射室内壁底面之间的距离。

所述的保护罩采用的材质为石英或陶瓷材料。

所述的通电线圈的匝数至少为2匝，为可拆卸的镂空结构，相邻通电线圈之间留有空隙。

所述的通电线圈内电流可调节，产生的磁场强度为10^-1~10^-5T。

所述的磁铁为永磁体，磁场强度为10^-2~1T。

采用本发明的有益效果是：

通过改变通电线圈内电流，产生变化的磁场，增加了带电粒子的回旋运动频率，辅以高频电源在阴阳极间的正负转变，有效地增加了带电粒子在运行过程中的碰撞次数，以及沉积区域带电粒子密度，进而达到控制粒子大小和沉积速度的目的。

通电线圈内的电流为安培级，线圈匝数可为几百匝，工艺简单安全，且易与常规溅射设备兼容。

线圈采用镂空结构，相邻通电线圈之间留有空隙，使线圈内外的气压呈平衡状态，通电线圈产生的磁场对带电粒子起磁聚焦作用，从而提高了靶材的溅出效率。

高频电源引起电子的约束振荡，增加了电子与沉积粒子的碰撞机率，同时减慢了薄膜沉积过程，对分解大的溅射颗粒、形成均匀薄膜有利。

附图说明

图1是本发明中磁控溅射设备的基本结构示意图。

图2是图1中所示保护罩的主视图。

图3是图1中所示保护罩的俯视图。

具体实施方式

参见图1，本发明的磁控溅射设备包括磁控溅射室101，为一个可以形成密闭空间的圆柱形或长方体型容器，其左、右侧壁分别设置一个进气口1011和抽气口1012，抽气口1012连接有真空泵1013；溅射靶103、靶材104，位于磁控溅射室内下部；磁铁1041，为永磁体，位于磁控溅射室内溅射靶底部，磁场强度为10^-2~1T；可移动基板台102，位于磁控溅射室内上部，可上下移动，在其与溅射靶103的相对面上设置有基片1021；保护罩105，位于磁控溅射室内，放置在靶材104和可移动基板台102之间，保护罩为中空圆柱形，侧壁为镂空结构，其内径大于或等于所有靶材104所在外接圆的直径，其高度大于可移动基板台102在最低位置处的下底面与磁控溅射室内壁底面之间的距离，保护罩采用的材质为石英或陶瓷材料；高频电源106，位于磁控溅射室外，其正负极分别与基板台102和溅射靶103连接；通电线圈107，缠绕在保护罩105上，用于产生变化的磁场，通电线圈的匝数至少为2匝，为可拆卸的镂空结构，相邻通电线圈之间留有空隙；控制装置1022，位于磁控溅射室外，用于控制基板台102的移动。

下面对使用上述的本实施方式的磁控溅射设备的溅射成膜过程进行说明。

将缠绕好通电线圈107的保护罩105放置在磁控溅射室内地面上，在可移动基板台102的底面上安装好基片，作为溅射成膜的基底，并调节可移动基板台102向下移动到与溅射靶103的间距为50~200nm的位置。从磁控溅射室101的进气口1011导入溅射气体至磁控溅射室内，根据磁控溅射室内气体压力分布，调节溅射气体的通入量。溅射气体选用惰性气体，如氮气、氩气。启动高频电源106，施加高频电压，高频电源106的频率为10⁷~2×10⁸Hz，使磁控溅射室内产生放电。调节通电线圈107内的电流，以产生变化的磁场，磁场强度为10^-1~10^-5T。实施薄膜溅射成膜过程。

通电线圈107内通过变化的电流时产生磁场，增加了带电粒子的回旋运动频率，辅以高频电源106在阴阳电极间的正负转变，有效地增加了带电粒子在运行过程中的碰撞次数，以及沉积区域带电粒子密度，进而达到控制粒子大小和沉积速度的目的。保护罩105、通电线圈107采用镂空结构，这样使得通电线圈107内外气压处于平衡状态，通电线圈107的磁场对带电粒子起到磁聚焦作用，对提高靶材溅射效率有益。

附加高频电源106，引起电子的约束振荡，增加了电子与沉积粒子的碰撞机率，同时减慢了薄膜沉积过程，对分解大的溅射颗粒，形成均匀薄膜有利，与通电线圈107的作用相结合，实现纳米级薄膜的磁控溅射沉积。

Claims

1.一种磁控溅射设备，其特征在于，包括：

磁控溅射室，其左、右侧壁分别设置一个进气口和抽气口；

溅射靶、靶材，位于磁控溅射室内下部；

磁铁，位于磁控溅射室内溅射靶底部；

可移动基板台，位于磁控溅射室内上部，可上下移动，在其与溅射靶的相对面上设置有基片；

保护罩，位于磁控溅射室内，放置在靶材和可移动基板台之间；

高频电源，位于磁控溅射室外，其正负极分别与可移动基板台和溅射靶连接；

通电线圈，缠绕在保护罩上，用于产生变化的磁场；

控制装置，位于磁控溅射室外，用于控制基板台的移动。

2.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述的可移动基板台和溅射靶之间的间距为50~200mm。

3.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述的高频电源的频率为10⁷~2×10⁸Hz。

4.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述的保护罩为中空圆柱形，侧壁为镂空结构。

5.根据权利要求4所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述的保护罩内径大于或等于所有靶材所在外接圆的直径，其高度大于可移动基板台在最低位置处的下底面与磁控溅射室内壁底面之间的距离。

6.根据权利要求4或5所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述的保护罩采用的材质为石英或陶瓷材料。

7.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述的通电线圈的匝数至少为2匝，为可拆卸的镂空结构，相邻通电线圈之间留有空隙。

8.根据权利要求7所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述的通电线圈内电流可调节，产生的磁场强度为10^-1~10^-5T。

9.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述的磁铁为永磁体，磁场强度为10^-2~1T。