CN114959607B - 一种磁控反应溅射工艺气体布气装置及布气方法 - Google Patents
一种磁控反应溅射工艺气体布气装置及布气方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114959607B CN114959607B CN202210529932.XA CN202210529932A CN114959607B CN 114959607 B CN114959607 B CN 114959607B CN 202210529932 A CN202210529932 A CN 202210529932A CN 114959607 B CN114959607 B CN 114959607B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- gas distribution
- distribution pipe
- sputtering
- chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 128
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 202
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 2
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
- C23C14/0063—Reactive sputtering characterised by means for introducing or removing gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明公开了一种磁控反应溅射工艺气体布气装置及布气方法，其包括有腔室，待溅射的基板位于腔室的顶部开口处，腔室内气体导流罩，气体导流罩内设有阴极靶，气体导流罩的上方开口处设有上布气管和下布气管，上布气管和下布气管分别用于向腔室内注入反应气体和溅射离子气体。本发明将反应气体和溅射离子气体由不同布气管进行输送和分布，同时在镀膜腔室内安装有特别设计的气体导流罩，用于改变反应气体在溅射区的分布，使反应气体在靶表面区域分布密度接近于零，同时最大分布密度在靠近镀膜基表面区域A。相比现有技术而言，本发明能改变反应气体在溅射区的分布，从而减低反应气体在靶表面区域分布密度，较好地满足了应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及磁控反应溅射设备，尤其涉及一种磁控反应溅射工艺气体布气装置及布气方法。
背景技术
当前，真空磁控溅射镀膜技术应用越来越广泛，技术进步与日俱兴。其中，溅射过程中在溅射成膜区通入某种或几种工艺气体，使该气体与溅射物质在其沉积成膜之前发生化学反应形成需要的化合物，再沉积到待镀基面的反应溅射工艺应用也越来越多。
现有技术中，请参见图1，目前反应溅射镀膜采用的主要镀膜区结构及相应的工艺气体分布方式，下布气管0靠近阴极靶11的靶面，反应气体和溅射离子气体从靠近阴极靶面设置的布气管送入镀膜室，在镀膜室真空泵的抽吸作用下，沿腔室12从高密度到低密度分布，最大密度区在靶面区域A附近，因此，很容易在靶面形成化合物。
在生产实践中，人们发现这种工艺过程会发生如下一些问题：1、难以保证反应的充分，得不到高纯度的化合物膜层；2、反应工艺气体会与溅射靶材表面接触，在靶材表面形成化合物，影响靶材表面的电性特征(主要是导电率)和溅射特征(主要是溅射率)，使溅射过程不稳定，甚至靶材表面产生“靶中毒”而不能形成有效溅射，整个溅射成膜过程难于控制。因存在上述2个原因，使得该工艺很难沉积出高质量的化合物膜层。因此，如何提高反应溅射沉积层物质的纯度以及防止靶中毒，是现有溅射镀膜工艺技术亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能改变反应气体在溅射区的分布，减低反应气体在靶表面区域分布密度的磁控反应溅射工艺气体布气装置及布气方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种磁控反应溅射工艺气体布气装置，其包括有腔室，待溅射的基板位于所述腔室的顶部开口处，所述腔室内气体导流罩，所述气体导流罩内设有阴极靶，所述气体导流罩的上方开口处设有上布气管和下布气管，所述上布气管和所述下布气管分别用于向所述腔室内注入反应气体和溅射离子气体。
优选地，所述上布气管包括有分设于阴极靶周围的至少两个上布气管口。
优选地，所述下布气管包括有分设于阴极靶周围的至少两个下布气管口。
优选地，所述上布气管和所述下布气管注入的气体分别为氧气和氩气。
优选地，所述气体导流罩为长方体箱体。
优选地，所述腔室的底部设有抽气孔。
一种磁控反应溅射工艺气体布气方法，所述布气方法基于一布气装置实现，所述布气装置包括有腔室，待溅射的基板位于所述腔室的顶部开口处，所述腔室内气体导流罩，所述气体导流罩内设有阴极靶，所述气体导流罩的上方开口处设有上布气管和下布气管；所述布气方法包括：利用所述上布气管和所述下布气管分别向所述腔室内注入反应气体和溅射离子气体，所述反应气体的流量小于溅射离子气体流量的20％。
优选地，在非反应溅射工作模式下，只通过下布气管通入单一工作气体，工作气体均匀分布在阴极靶的靶面与基本溅射区域之间，真空泵通过抽气孔进行抽吸时，气流按箭头方向流动并达到送入量与排出量的动态平衡。
优选地，在反应溅射时，通过下布气管送入工作气体，同时通过上布气管送入反应气体，根据设定的工作压强和反应溅射功率，计算出需要的工作气体流量和反应气体流量。
本发明公开的磁控反应溅射工艺气体布气装置及布气方法中，将反应气体和溅射离子气体由不同布气管进行输送和分布，并且相应地设置了上布气管和下布气管，同时在镀膜腔室内安装有特别设计的气体导流罩，用于改变反应气体在溅射区的分布，使反应气体在靶表面区域分布密度接近于零，同时最大分布密度在靠近镀膜基表面区域。相比现有技术而言，本发明能改变反应气体在溅射区的分布，从而减低反应气体在靶表面区域分布密度，较好地满足了应用需求。
附图说明
图1为现有技术中磁控反应溅射工艺气体布气装置的结构示意图；
图2为本发明磁控反应溅射工艺气体布气装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种磁控反应溅射工艺气体布气装置，请参见图2，其包括有腔室1，待溅射的基板100位于所述腔室1的顶部开口处，所述腔室1内气体导流罩2，所述气体导流罩2内设有阴极靶3，所述气体导流罩2的上方开口处设有上布气管4和下布气管5，所述上布气管4和所述下布气管5分别用于向所述腔室1内注入反应气体和溅射离子气体。
上述结构中，将反应气体和溅射离子气体由不同布气管进行输送和分布，并且相应地设置了上布气管4和下布气管5，同时在镀膜腔室内安装有特别设计的气体导流罩2，用于改变反应气体在溅射区的分布，使反应气体在靶表面区域分布密度接近于零，同时最大分布密度在靠近镀膜基表面区域A。相比现有技术而言，本发明能改变反应气体在溅射区的分布，从而减低反应气体在靶表面区域分布密度，较好地满足了应用需求。
作为一种优选方式，所述上布气管4包括有分设于阴极靶3周围的至少两个上布气管口。所述下布气管5包括有分设于阴极靶3周围的至少两个下布气管口。
作为一种应用举例，本实施例中，所述上布气管4和所述下布气管5注入的气体分别为氧气和氩气。
关于所述气体导流罩2的优选结构，本实施例中，所述气体导流罩2为长方体箱体。
为了实现进出气流量均衡，本实施例中，所述腔室1的底部设有抽气孔7。
本发明公开的磁控反应溅射工艺气体布气装置，其实际应用中，请参见图2，阴极设置双布气管，即下布气管和上布气管，分别送入工作气体(如Ar)和反应气体(如O2)，反应气体和工作气体沿靶面垂直向上的方向，同时，围绕阴极设置导流罩，本发明通过设置布气管和导流罩有如下特点：
首先，二根布气管之间的距离不小于30mm，实际大小与阴极溅射时的工作压强、靶面宽度、靶基距等关联，上布气管可根据需要作适当调整。上布气管的位置应沿阴极靶面垂直向上方向高于导流罩的开口端面，而下布气管的位置低于靶面位置，导流罩的开口端面要高于靶面位置。导流罩为专门设计和安装，为一面开口的长方箱体，采用非导电材料制造，将整个阴极除溅射靶面外面严密包围。布气管送入的工作气体，在真空泵的抽吸作用下，将不能从导流罩的底部，也即是阴极的底部直接流向抽气口，而是沿导流罩与靶室之间形成的间隙，从镀膜区流向抽气孔，如图2中箭头所示。
本发明还公开了一种磁控反应溅射工艺气体布气方法，所述布气方法基于一布气装置实现，所述布气装置包括有腔室1，待溅射的基板100位于所述腔室1的顶部开口处，所述腔室1内气体导流罩2，所述气体导流罩2内设有阴极靶3，所述气体导流罩2的上方开口处设有上布气管4和下布气管5；所述布气方法包括：利用所述上布气管4和所述下布气管5分别向所述腔室1内注入反应气体和溅射离子气体，所述反应气体的流量小于溅射离子气体流量的20％。
本发明磁控反应溅射工艺气体布气装置的工作原理如下：
阴极在非反应溅射工作模式下，只通过下布气管通入单一工作气体，工作气体均匀分布在阴极靶的靶面与基本溅射区域之间，真空泵通过抽气孔7进行抽吸时，气流按箭头方向流动并达到送入量与排出量的动态平衡；
在反应溅射时，通过下布气管送入工作气体，同时通过上布气管送入反应气体，根据设定的工作压强和反应溅射功率，计算出需要的工作气体流量和反应气体流量。通常情况下，反应气体流量小于工作气体流量，具体地，所述反应气体的流量小于溅射离子气体流量的20％，在镀膜室因送气-排气形成的压差和2种气体分压的作用下，到达靶面、并与靶面金属原子反应的反应气体分子将极少，甚至可以控制为零，反应分子将主要集中在导流罩端面与基本之间的空间中，请参见图2中的A区域，与图1中A区域比较，反应气体的高密度分布区域，明显从靠近靶面的位置向靠近基板的位置移动，该区域与活化或离化的金属原子反应，形成化合物，或直接与沉积到基板表面的活性金属原子反应形成化合物。
上述过程在根据靶室尺寸、靶尺寸、镀膜功率设定好布气管位置和各气体流量后，离化区即镀膜区达到稳定工作状态，靶面将不会产生金属反应形成影响靶材电学基本特征的化合物，溅射过程稳定。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (2)
1.一种磁控反应溅射工艺气体布气装置，其特征在于，包括有腔室(1)，待溅射的基板(100)位于所述腔室(1)的顶部开口处，所述腔室(1)内气体导流罩(2)，所述气体导流罩(2)内设有阴极靶(3)，所述气体导流罩(2)的上方开口处设有上布气管(4)和下布气管(5)，所述上布气管(4)和所述下布气管(5)分别用于向所述腔室(1)内注入反应气体和溅射离子气体；
所述上布气管(4)包括有分设于阴极靶(3)周围的至少两个上布气管口；
所述下布气管(5)包括有分设于阴极靶(3)周围的至少两个下布气管口；
所述上布气管(4)和所述下布气管(5)注入的气体分别为氧气和氩气；
所述气体导流罩(2)为长方体箱体；
所述气体导流罩(2)是非导电材料制成的箱体；
所述腔室(1)的底部设有抽气孔(7)；
利用所述上布气管(4)和所述下布气管(5)分别向所述腔室(1)内注入反应气体和溅射离子气体，所述反应气体的流量小于溅射离子气体流量的20％；
在非反应溅射工作模式下，只通过下布气管(5)通入单一工作气体，工作气体均匀分布在阴极靶的靶面与基本溅射区域之间，真空泵通过抽气孔(7)进行抽吸时，气流流动并达到送入量与排出量的动态平衡；
在反应溅射时，通过下布气管(5)送入工作气体，同时通过上布气管(4)送入反应气体，根据设定的工作压强和反应溅射功率，计算出需要的工作气体流量和反应气体流量。
2.一种磁控反应溅射工艺气体布气方法，其特征在于，所述布气方法基于权利要求1所述的布气装置实现；
所述布气方法包括：
利用所述上布气管(4)和所述下布气管(5)分别向所述腔室(1)内注入反应气体和溅射离子气体，所述反应气体的流量小于溅射离子气体流量的20％；
在非反应溅射工作模式下，只通过下布气管通入单一工作气体，工作气体均匀分布在阴极靶的靶面与基本溅射区域之间，真空泵通过抽气孔(7)进行抽吸时，气流流动并达到送入量与排出量的动态平衡；
在反应溅射时，通过下布气管送入工作气体，同时通过上布气管送入反应气体，根据设定的工作压强和反应溅射功率，计算出需要的工作气体流量和反应气体流量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210529932.XA CN114959607B (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种磁控反应溅射工艺气体布气装置及布气方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210529932.XA CN114959607B (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种磁控反应溅射工艺气体布气装置及布气方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114959607A CN114959607A (zh) | 2022-08-30 |
| CN114959607B true CN114959607B (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=82983721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210529932.XA Active CN114959607B (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种磁控反应溅射工艺气体布气装置及布气方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114959607B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116623141B (zh) * | 2023-07-20 | 2023-10-13 | 江苏微镀新能源科技有限公司 | 一种pvd真空离子射流镀膜机 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0641733A (ja) * | 1992-07-28 | 1994-02-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 反応性スパッタリング装置 |
| US5322605A (en) * | 1991-09-10 | 1994-06-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Reactive sputtering apparatus |
| JPH06212413A (ja) * | 1993-01-13 | 1994-08-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 反応性スパッタリング装置 |
| CN202786408U (zh) * | 2012-08-03 | 2013-03-13 | 海南汉能光伏有限公司 | 一种镀膜设备 |
| CN110592546A (zh) * | 2019-10-21 | 2019-12-20 | 湖南玉丰真空科学技术有限公司 | 一种磁控溅射真空镀膜机工艺气体布气装置 |
| CN112281126A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-29 | 河南卓金光电科技股份有限公司 | 一种反应磁控溅射分离式布气法 |
-
2022
- 2022-05-16 CN CN202210529932.XA patent/CN114959607B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5322605A (en) * | 1991-09-10 | 1994-06-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Reactive sputtering apparatus |
| JPH0641733A (ja) * | 1992-07-28 | 1994-02-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 反応性スパッタリング装置 |
| JPH06212413A (ja) * | 1993-01-13 | 1994-08-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 反応性スパッタリング装置 |
| CN202786408U (zh) * | 2012-08-03 | 2013-03-13 | 海南汉能光伏有限公司 | 一种镀膜设备 |
| CN110592546A (zh) * | 2019-10-21 | 2019-12-20 | 湖南玉丰真空科学技术有限公司 | 一种磁控溅射真空镀膜机工艺气体布气装置 |
| CN112281126A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-29 | 河南卓金光电科技股份有限公司 | 一种反应磁控溅射分离式布气法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114959607A (zh) | 2022-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4988422A (en) | Process and apparatus for depositing coatings of high electrical resistance by cathode sputtering | |
| CN111254383B (zh) | 用于改善反应溅射膜层均匀性的物理气相沉积设备 | |
| US5322605A (en) | Reactive sputtering apparatus | |
| CN114959607B (zh) | 一种磁控反应溅射工艺气体布气装置及布气方法 | |
| EP2692898B1 (en) | Plasma cvd apparatus and plasma cvd method | |
| CN102021539B (zh) | 膜沉积方法 | |
| US20100024729A1 (en) | Methods and apparatuses for uniform plasma generation and uniform thin film deposition | |
| US5126033A (en) | Process and apparatus for reactively coating a substrate | |
| WO2021109377A1 (zh) | 用于制备dlc的镀膜设备及其应用 | |
| US20130015054A1 (en) | Method of controlling lithium uniformity | |
| US5514259A (en) | Sputtering apparatus | |
| US4714047A (en) | Method and device for forming ultrafine particle film of compound | |
| JPH03183781A (ja) | 薄膜被着方法及び装置 | |
| US6730365B2 (en) | Method of thin film deposition under reactive conditions with RF or pulsed DC plasma at the substrate holder | |
| JP2005281851A (ja) | 反応スパッタリング用デバイス | |
| JPH03166366A (ja) | 反応性スパッタリング装置とそれを用いたスパッタリング方法 | |
| JPH05320891A (ja) | スパッタリング装置 | |
| CN114540779B (zh) | 复合阴极、磁控溅射镀膜设备及镀膜方法 | |
| CN113481478A (zh) | 一种溅射镀膜装置及成膜方法 | |
| US20100224481A1 (en) | Gas flow set-up for multiple, interacting reactive sputter sources | |
| KR101020773B1 (ko) | 아크 이온 플레이팅 장치 | |
| CN202786408U (zh) | 一种镀膜设备 | |
| CN111549325A (zh) | 一种磁控溅射设备 | |
| CN1123341A (zh) | 气相离子镀膜方法与其装置 | |
| TWI828095B (zh) | 成膜裝置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |