CN1619011A - 使用螺旋自谐振线圈的电离物理汽相沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一个有螺旋自谐振线圈的电离物理汽相沉积(IPVD)装置。IPVD装置包括一个处理腔，内有基体保持器支撑处理的基体；一个沉积材料源，面朝基体保持器，向处理腔内提供沉积在基体上的材料；一个气体喷射单元，朝处理腔内喷射处理气体；一个偏压电源，向基体保持器施加偏置电压；一个螺旋自谐振线圈，在处理腔内产生电离沉积材料的等离子体，其一端是接地的，另一端电开放；和一个射频发生器，提供射频电力给螺旋自谐振线圈。使用螺旋自谐振线圈使得IPVD装置能够在非常低的真空室压力——如接近0.1mTorr下激发和操作，并更有效的产生比常规IPVD装置更高浓度的等离子体。相应的，可以获得很高的沉积材料电离效率。
Description
技术领域
本发明涉及一个用于电离物理汽相沉积的装置，更确切的说，是一个用螺旋自谐振线圈进行电离物理汽相沉积的装置。
背景技术
已经有各种类型的制造半导体器件和平面显示板的晶片微细加工系统在使用。其中，物理汽相沉积(PVD)系统是在制造半导体器件和平面显示板的晶片的表面上沉积预定材料薄膜领域内应用最广的一个。PVD系统的例子包括磁控溅射装置，E射线蒸发器系统和热蒸发系统。
在常规的PVD系统中，大部分从标靶材料上射出并且沉积在基体上的颗粒，比如原子或者原子团，带电是中性的。因此，这些沉积在基体上的颗粒的结构不密集使得沉积的薄膜质量不合格，并且薄膜的表面不平整。为了解决这个问题，尝试一种加热基体到预定温度的方法，但是当基体由一些耐热性很低的材料比如玻璃构成，加热基体不是一个合适的解决方法。
为了改善常规PVD系统的这些缺陷，开发了电离物理汽相沉积(IPVD)系统。IPVD系统能够用等离子体电离从标靶材料上射出的颗粒，并通过对基体施加偏置电压加速这些离子。从而，人所共知，IPVD系统具有提供出众的薄膜质量和平面度的优点。
图1所示是一个在美国专利6117279中作为常规IPVD装置例子展示的磁控溅射装置的框图。参见图1，常规的磁控溅射装置有一个围绕着等离子处理空间11的真空室12。支持晶片15的基体保持器14放置在真空室12下部，阴极组件17放置在真空室12上部。真空室12内部靠真空泵39保持预定的真空状态。处理气体源40通过气流控制设备41将处理气体注入真空室12。阴极组件17包括磁体76，由沉积材料组成的标靶16，和标靶保持器18，其中标靶16面向晶片15间隔一定距离放置在标靶保持器18上。给标靶16供电的直流电源21通过射频过滤器22和阴极组件17相连。通过匹配网络25，可选的射频电源24和阴极组件17相连。同样，提供偏压电源27通过匹配网络28和基体保持器14相连，该偏压电源27给晶片15提供电力。
射频线圈30围绕着真空室12，并且给线圈30提供电力的射频电源32通过匹配网络28和射频线圈30相连。射频线圈30靠给真空室12的上部空间26提供电力产生感应耦合等离子体。产生的等离子体将从标靶16上射出的沉积材料颗粒电离。电离出的沉积材料颗粒加速飞向施加了偏压电压的晶片15，并在晶片15的表面上形成高质量的薄膜。
绝缘窗60用于密封产生等离子体的真空室12的上部空间26，其放置在射频线圈30的内部。在空间26和绝缘窗60之间放置罩70，该罩用于阻止绝缘窗60的表面被从标靶16上射出的沉积材料堆积覆盖。
常规的IPVD装置通过上述结构，使用由射频线圈即一个非谐振线圈产生的感应耦合等离子体来电离沉积材料。然而，非谐振线圈可以在1mTorr到几十mTorr的压力范围内激发等离子体，但在低于这个范围的压强下，它几乎不能激发等离子体。另外，有一个缺点，由射频线圈产生的等离子体对沉积材料的电离率不够理想，因为非谐振线圈产生高浓度的等离子体是有一定限度的。
美国专利5903106揭示了一个有一静电屏蔽件的等离子发生装置。该控制和等离子体耦合的电磁能量的静电屏蔽件有多个开孔，通过这个。然而，当静电屏蔽件用在IPVD装置上时，沉积材料可能朝绕着静电屏蔽件的线圈射出，或者形成线圈的材料可能通过上述开孔射在基体上。
根据前述方面，IPVD装置开发的核心技术是在非常低的压力下，使等离子源能够产生高浓度的等离子。
发明内容
为了解决上面的和其他的常规问题，本发明提供了一个有螺旋自谐振线圈的电离物理汽相沉积(IPVD)装置，该线圈能够在非常低的压力下高效的产生高浓度等离子体。
根据本发明的一方面，提供一个电离物理汽相沉积(IPVD)装置，包括：一个处理腔，该处理腔有一个基体保持器，可以支承被处理的基体；一个沉积材料源，向处理腔内提供沉积到基体上的材料，该材料源面向基体保持器；一个气体喷射单元，将处理气体喷射到处理腔内；一个偏压电源，给基体保持器提供偏置电压；一个螺旋自谐振线圈，在处理腔内为电离沉积材料产生等离子体，该螺旋自谐振线圈一端接地，一端电开路；一个射频发生器，提供射频电力给螺旋自谐振线圈。
根据本发明的一方面，螺旋自谐振线圈放在处理腔内并且会靠近处理腔的内缘缠绕。
根据本发明的一方面，射频发生器包括：一个直流电源；一个谐振放大器，直流电源提供触发脉冲给谐振放大器，并且谐振放大器放大该触发脉冲并输出到螺旋自谐振线圈中。
根据本发明的一方面，本装置还包括：从谐振放大器中得到输出的第一分接头，放置在螺旋自谐振线圈的任意一点上；将谐振放大器的部分输出正反馈回到谐振放大器的第二分接头，设置在第一分接头和接地端之间。
根据本发明的一方面，第一分接头和第二分接头是可以分别沿着螺旋自谐振线圈运动的。
根据本发明的一方面，改变脉冲电源、脉冲持续时间和脉冲间隔中的至少一个来控制等离子体的浓度和沉积材料的电离率。
根据本发明的一方面，螺旋自谐振线圈以一致的直径缠绕。
根据本发明的一方面，螺旋自谐振线圈是锥型形状；其直径向着基体保持器逐渐增加。
根据本发明的一方面，一个环形的激发电极连接到螺旋自谐振线圈的开端，并放置在处理腔内。
根据本发明的一方面，处理腔内搁置了一个浮动的屏蔽件，阻止激发电极和处理腔之间放电。
根据本发明的一方面，浮动屏蔽件是圆柱形的，并且绕着基体保持器。
根据本发明的一方面，气体喷射装置包括：一个气体源；一个环形的气体喷射器，该喷射器有多个朝处理腔内开启的喷嘴，并放置在处理腔上。
根据本发明的一方面，偏压电源是通过匹配网络和基体保持器相连的。
根据本发明的一方面，该装置还包括一个法拉第屏蔽件，用于控制和等离子体耦合的电磁能量，该屏蔽放在螺旋自谐振线圈内。
根据本发明的一方面，上述的法拉第屏蔽件包括一个内屏蔽件，绕着产生等离子体的空间，内屏蔽件上有多个内缝，还有一个外屏蔽件绕着内屏蔽件，外屏蔽件上有多个外缝，内缝和外缝相互交错放置。
根据本发明的一方面，该装置还包括多个沿着处理腔的外缘放置的磁体，这些磁体以一个预定的相等的距离间隔开来。
根据本发明的一方面，上述磁体是永久磁体。
根据本发明的一方面，上述处理腔包括一个下腔；一个放在下腔上的上腔，上腔可从下腔上拆卸下来。
根据本发明的一方面，基体保持器放在下腔内，螺旋自谐振线圈放在上腔内。
根据本发明的一方面，沉积材料源包括：一个放在处理腔上的阴极组件，该阴极组件包括一个标靶保持器；一个朝着基体保持器附着在标靶保持器的前端面上由沉积材料组成的标靶；一个多个磁体放在标靶保持器的后面；一个阴极电源，给连接在阴极组件上的标靶提供负电压。
根据本发明的一方面，阴极电源是直流电源。
根据本发明的一方面，该直流电源通过射频过滤器和阴极组件电连接。
根据本发明的另一方面，电离物理汽相沉积装置包括：一个处理腔，包括一个下腔和一个放在下腔上的上腔；一个支持被处理基体的基体保持器，安装在下腔内；一个阴极组件包括：一个标靶保持器，放置在上腔上；一个提供沉积在基体上的沉积材料的标靶，朝着基体保持器附着在标靶保持器的前端面上；一个多个磁体，放置在标靶保持器的后面，一个阴极电源，给连接在阴极组件上的标靶提供负电压；一个气体喷射单元，喷射处理的气体到处理腔内；一个偏压电源，向基体保持器提供偏压电源；一个螺旋自谐振线圈，在处理腔内产生电离沉积材料的等离子体，其一端是接地的，另一端电开放；一个射频(RF)发生器，给螺旋自谐振线圈提供射频电力。
根据本发明的一方面，上述射频发生器包括：一个直流电源；一个谐振放大器，其中直流电源给谐振放大器提供触发脉冲，谐振放大器放大触发脉冲并输出到螺旋自谐振线圈中。
根据本发明的一方面，本装置还包括：一个从谐振放大器中得到输出的第一分接头，放置在螺旋自谐振线圈的任意一点上；将谐振放大器的部分输出正反馈回到谐振放大器的第二分接头，设置在第一分接头和接地端之间。
根据本发明的一方面，螺旋自谐振线圈以一致的直径缠绕。
根据本发明的一方面，螺旋自谐振线圈是锥型形状；其直径向着基体保持器逐渐增加。
根据本发明的一方面，一个环形的激发电极连接到螺旋自谐振线圈的开端，并放置在上腔内。
根据本发明的一方面，下腔内放置了一个浮动的屏蔽件，阻止激发电极和下腔之间放电。
根据本发明的一方面，气体喷射装置包括：一个气体源；一个环形的气体喷射器，该喷射器有多个朝上腔内开启的气体分配孔，并放置在上腔上。
根据本发明的一方面，该装置还包括一个法拉第屏蔽件，用于控制和等离子体耦合的电磁能量，该屏蔽放在螺旋自谐振线圈内。
根据本发明的一方面，上述的法拉第屏蔽件包括一个内屏蔽件，绕着产生等离子体的空间，内屏蔽件上有多个内缝，还有一个外屏蔽件绕着内屏蔽件，外屏蔽件上有多个外缝，内缝和外缝相互交错放置。
根据本发明的一方面，该装置还包括多个沿着处理腔的外缘放置的磁体，这些磁体以一个预定的相等的距离排列开来。
根据本发明的一方面，阴极电源是直流电源。
根据本发明的一方面，该直流电源通过射频过滤器和阴极组件电连接。
根据本发明的另一方面，电离物理汽相沉积装置包括：一个处理腔，有一个支持被处理基体的基体保持器，放置在下腔内；一个向处理腔内提供沉积基体上的材料的沉积材料标靶，朝着基体保持器；一个气体喷射单元，喷射处理的气体到处理腔内；一个向基体保持器提供偏置电压的偏压电源；一个等离子发生器，在处理腔内产生为电离沉积材料用的等离子体；一个法拉第屏蔽件设置在螺旋自谐振线圈内，控制与等离子体耦合的电磁能量，并且该法拉第屏蔽件包括一个内屏蔽件，绕着产生等离子体的空间，内屏蔽件上有多个内缝，还有一个外屏蔽件绕着内屏蔽件，外屏蔽件上有多个外缝，内缝和外缝相互交错放置。
附图说明
上述和其它特征，以及本发明的优点可以通过参考附图详细描述优选实例，附图为：
图1是作为常规IPVD装置的磁控溅射装置框图；
图2是根据本发明的优选实例，作为IPVD装置，有螺旋自谐振线圈的磁控溅射装置的垂直截面图；
图3是沿图2的A-A’线做出的磁控溅射装置的水平截面图；
图4是图2中绘出的螺旋自谐振线圈和射频发生器之间的连接框图；
图5展示了谐振放大器受到的触发脉冲波形图，和螺旋自谐振线圈上承受的输入电压波形图；
图6是在图2中绘出的法拉第屏蔽件的透视图；
图7是根据本发明的优选实例，作为IPVD装置，有圆锥形状的螺旋自谐振线圈的磁控溅射装置的垂直截面图；
图8是一个圆柱线圈和一个圆锥线圈的电流分配图；
图9是一个圆柱线圈和一个圆锥线圈的电压分配图。
具体实施方式
下文中，结合优选实例的相应的附图，本发明更充分的进行了说明。所有附图中，附图标号指代相同的元件，本发明可以被用于各种IPVD装置，比如磁控溅射装置，E射线蒸发器和热蒸发器。然而，本发明主要是描述应用于磁控溅射装置的情况。
图2是根据本发明的优选实例，作为IPVD装置，有螺旋自谐振线圈的磁控溅射装置的垂直截面图。图3是沿图2的A-A’线做出的磁控溅射装置的水平截面图。
参见图2和图3，电离物理汽相沉积(IPVD)装置是这样一种装置，它在基体或者制造半导体器件用的晶片W上沉积材料。基体或者晶片W被载入一个处理腔110，用于沉积被高浓度等离子体电离的沉积材料，该等离子体是螺旋自谐振线圈140在低压下产生的。
所述IPVD装置包括一个处理腔110，其有一个基体保持器120，一个提供要沉积在晶片W上的沉积材料的沉积材料源，一个向处理腔110内喷射处理气体的气体喷射装置，一个向基体保持器120提供偏置电压的偏压电源124，一个在处理腔110内产生等离子体的螺旋自谐振线圈140，一个，向螺旋自谐振线圈140提供电力的射频发生器。
处理腔110包括一个下腔111和一个放置在下腔111上的上腔112。这两个腔是可拆卸的。基体保持器120放在下面的空间118内，即下腔111的一个空间，并且螺旋自谐振线圈140放在一个上部的空间内，即上腔112的一个空间。沉积材料源放在上腔112上。为保持处理腔110在一个预定的真空状态，真空泵116和下腔111通过一个真空吸入孔115相连接。
根据本发明，处理腔110的结构是可拆卸的，放置沉积材料源和螺旋自谐振线圈的上腔112可以和装载各种不同尺寸的基体保持器120的下腔111组合。处理腔110的可拆卸的配置也使得处理腔110的维护很容易。
提供沉积在晶片W上的沉积材料的沉积材料源放在上腔112上，并朝向基体保持器120。沉积材料源可以根据IPVD装置类型的不同有各种不同的配置。磁控溅射装置所用的磁控枪就是本发明所用的沉积材料源的一个例子。
沉积材料源，即磁控枪，包括一个具有标靶163的阴极组件160和一阴极电源166，向标靶163提供电压。支撑标靶163的标靶保持器162，放置在上腔112上。标靶163朝着基体保持器120附着在标靶保持器162的前端面上。多个磁体161放在标靶保持器162的后面。多个磁体161包括多个电磁体或者永久磁体，其产生磁场用于捕捉由阴极组件160喷射向处理腔110的电子。电磁体或者永久磁体可以被固定的安装，也可以被旋转的或者移动的安装。通过放置在阴极组件160外缘的绝缘体169，阴极组件160和上腔112相互绝缘。绝缘体169可以是陶瓷制成。阴极组件160可以通过本领域其它所知的和本发明描述相容的配置方式形成。
向标靶163提供负电压的阴极电源166，通常是使用直流电源166。更优选的，直流电源166通过一个射频过滤器165，和阴极组件160相连。备选的，作为电源，射频电源168通过匹配网络167和阴极组件160相连。
偏压电源124向基体保持器120提供偏置电压，以将由等离子体产生的电离的沉积材料移动到基体保持器120上的晶片W，该等离子体由螺旋自谐振线圈产生。也就是说，施加在基体保持器120上的偏置电压使得电离的沉积材料向晶片W加速运动。这样，有着平的表面的高质量的薄膜就在晶片W的表面形成。射频电源可以用作偏压电源124。这时，用于增加射频电力耦合效率的匹配网络122被放置在偏压电源124和基体保持器120之间。
气体喷射单元是用于向处理腔内喷射处理气体，即等离子源气体。气体喷射单元包括提供处理气体的处理气体源173，环形的气体喷射器170，上面有多个朝上腔112内部空间开放的气体分配孔171。气体流量控制装置172控制处理气体的流速，即由气体源173提供给气体喷射器170的惰性气体，如氩气。
螺旋自谐振线圈140，为在上腔112中电离沉积材料产生等离子体，其一端即上端是接地的，另一端即下端电开放。螺旋自谐振线圈140沿靠上腔112的内壁周缘有多个匝，优选的，这些匝有相同的直径。螺旋自谐振线圈140的长度为相应于常规应用的射频电压波长的四分之一。
给螺旋自谐振线圈140提供射频电力的射频发生器可以使用本领域所知的任何一种发生器。优选的，射频发生器包括谐振放大器144，和直流电源146。直流电源146给谐振放大器144提供触发脉冲，谐振放大器144将触发脉冲放大后输出到螺旋自谐振线圈140中。
螺旋自谐振线圈140有一个优点，它可以在低压下高效的激发和维持高浓度等离子体。因此，和常规的电感耦合射频线圈相比，使用螺旋自谐振线圈140可以提高沉积材料的电离效率。
后面将详细描述射频发生器，其包含螺旋自谐振线圈140，谐振放大器144，和直流电源146。
优选的，环形激发电极142和螺旋自谐振线圈140的开放端相连接，并且放置在上腔112内。激发电极142和螺旋自谐振线圈140同轴放置，并且很接近上腔112的下部。
激发等离子体从螺旋自谐振线圈140的开端开始，并向螺旋自谐振线圈140的其它部分蔓延。这时，等离子体可以一致的在扩展区上被激发，因为有很大表面区域的激发电极142和螺旋自谐振线圈140的开端相连。相应的，在上腔112内的等离子浓度分布也可以一致。
悬浮屏蔽件130放置在下腔111中，阻止激发电极142和处理腔111之间放电。悬浮屏蔽件130是圆柱形的，并且绕着基体保持器120。陶瓷绝缘体113放在上腔112的下部，并支撑悬浮屏蔽件130。
根据本发明，IPVD装置还包括法拉第屏蔽件150，控制和等离子体耦合的电磁能量。法拉第屏蔽件150放置在螺旋自谐振线圈140的内侧。
法拉第屏蔽件150包括内屏蔽件151(见图6)和外屏蔽件152。内屏蔽件151是圆柱形的，并绕着产生等离子体的空间，即上部空间119，外屏蔽件152和内屏蔽件151以一定间隔放置，该外屏蔽件是圆柱形的，并绕着内屏蔽件。法拉第屏蔽件150将在后面描述。
根据本发明，IPVD装置还包括在处理腔110外的多个磁体180，在处理腔110内形成一个磁场。更确切的说，多个磁体180沿着上腔112的外缘以一定间隔放置，N极和S极交替。永久磁体可以用作磁体180。
由多个磁体180产生的限制等离子体的磁场，接近上腔112的内壁形成。这个现象被称为多极磁场吸持(muti-pole confinement)。也就是，当多个磁体180以N极和S极交替放置在上腔112的外缘上，磁镜效应会减少带电电子向壁的损失，即壁损失，该磁镜效应在接近上腔112的内壁被引起。
图4是图2中所描绘的螺旋自谐振线圈和射频发生器之间连接的框图。
图5是给谐振放大器提供的触发脉冲的波形图，和给螺旋自谐振线圈提供的输入电压的波形图。
参见图4所示，给螺旋自谐振线圈140提供射频电力的射频发生器包括直流电源166和谐振放大器144。图5所示，直流电源146给谐振放大器144提供近1kV的触发脉冲电压U1，预定的脉冲持续时间τ和脉冲周期T。谐振放大器144放大触发脉冲，并输出到螺旋自谐振线圈140中。谐振放大器144的输出通过第一分接头147提供给螺旋自谐振线圈140，该第一分接头在螺旋自谐振线圈140的任意一点上，比如第一个匝或者第二个匝。第二分接头148在第一分接头和接地端之间。谐振放大器144的部分输出通过第二分接头148正反馈到谐振放大器144中。相应的，输入电压U2波形如图5所示，即谐振放大器144的输出电压施加到螺旋自谐振线圈140上。螺旋自谐振线圈140内的射频振荡器，通过在激发电极150上施加远高于输入电压U2的射频电压U3，在螺旋自谐振线圈140内激发等离子体。因为本发明的射频发生器不包括匹配网络和变压器，大部分消耗功率用于形成等离子体，从而增加了每耗电量下的等离子体的生成效率。
当射频电力施加在螺旋自谐振线圈140上，通过螺旋自谐振线圈140的电流产生随时间变化的磁场。那么通过这个随时间变化的磁场，引入一个电场。该引入的电场将等离子源气体电离为等离子体。这时，从射频电力施加在螺旋自谐振线圈140上的那一点开始的那端，即接地端，是电感耦合的，另一端，即开放端，是电容耦合的。在这样的谐振条件下，可以使得向螺旋自谐振线圈140的传送电力效率高。因此，螺旋自谐振线圈140使得可能制造出高浓度的等离子体，增加沉积材料的电离率。
作为等离子源气体来提供的惰性气体被用于启动等离子体的激发。因此，由于不需要提供更多的惰性气体，等离子体的形成可以在很低的比如接近0.1mTorr的腔内压力下稳定的维持。更确切的说，从沉积材料上射出的溅射颗粒比如金属离子，随着腔内沉积材料的电离率增加而增加。不需要进一步引入惰性气体，通过自身的碰撞，增加的电子数量，有效的维持着金属原子的连续电离。
优选的，两个分接头147和148可分别沿着螺旋自谐振线圈140移动。可以通过沿着螺旋自谐振线圈140移动两个分接头147和148来探测可获得最优谐振的最佳施加射频电力点，这对得到高浓度等离子体是非常关键的。
等离子浓度和与等离子浓度相联系的沉积材料的电离效率，另外能够通过改变触发脉冲电压U1，预定的脉冲持续时间τ和脉冲周期T来控制。
图6是图2中所示的法拉第屏蔽件150的分解透视图。
参见图6，法拉第屏蔽件150，如上描述，包括内屏蔽件151和外屏蔽件152。内屏蔽件151是有预定直径的圆柱形，并有多个内缝154以预定的间隔沿着内屏蔽件151的周缘分开布置。外屏蔽件152的直径稍微大于内屏蔽件151，也是圆柱形，上面有多个外缝155以预定的间隔沿着外屏蔽件152的周缘分开布置。
内缝154和外缝155减少了通过法拉第屏蔽件150引入射频流，导致等离子体势减小。在一个低的等离子体势下，离子能量可以更准确的控制因而增加了过程的精确度。也就是说，使用有缝154和155的法拉第屏蔽件150可以准确和有效的控制过程。
内缝154和外缝155交叉放置。在有多个缝154和155的法拉第屏蔽件150这样配置的情况下，放在法拉第屏蔽件150的外面区域的螺旋自谐振线圈140不直接暴露到产生等离子体的空间中，即法拉第屏蔽件150的上部空间119。由此，通过以前技术中的缝来沉积沉积材料可以阻止通过以前技术中的缝沉积沉积材料在螺旋自谐振线圈140上形成覆层。
图7是一个作为根据本发明优选实例的IPVD装置，磁控溅射装置的垂直截面图，其有一个锥型的螺旋自谐振线圈。
参见图7，根据本发明的一个IPVD装置中，螺旋自谐振线圈240是锥型的，其直径朝着基体保持器120逐渐增加。相应的，上腔212和法拉第屏蔽件250也是锥型的。剩下的元件同第一个实施例，这里就不赘述了。
锥型的螺旋自谐振线圈240和图2中描述的圆柱形螺旋自谐振线圈140不同，因为线圈240每个匝的长度在变化，所以电流和电压的分配是沿着线圈240的垂直轴而变化的。由于电流和电压分配的变化以及每匝不同的半径，和等离子体耦合的射频电力可以通过调节螺旋自谐振线圈240和垂直轴之间的倾斜角度θ来控制，因而在处理腔110内的等离子体的浓度分布也可以被控制。
图8是圆柱形线圈和圆锥形线圈中的电流分布图。
图9是圆柱形线圈和圆锥形线圈中的电压分布图。
参见图8和图9，当圆柱形线圈和圆锥形线圈的高度都是10cm，可以看出，每个线圈的电流分布和电压分布是不同的。这是因为圆锥形线圈另外有方法来控制等离子体浓度。
根据前面的描述，本发明的IPVD装置有以下优点：
首先，使用螺旋自谐振线圈使得IPVD装置能够在非常低的真空室压力——如接近0.1mTorr下激发和操作，并更有效的产生比常规IPVD装置更高浓度的等离子体。相应的，可以获得很高的沉积材料电离效率。
第二，提供在螺旋自谐振线圈内的有多个缝的法拉第屏蔽件，可以很容易的控制处理腔内的等离子体势。以前技术中存在的覆层问题，即当在自谐振线圈上沉积沉积材料时，沉积材料通过缝从产生等离子体的空间喷射到罩上，该问题可以被避免，因为放在法拉第屏蔽件外面区域的螺旋自谐振线圈不直接暴露到产生等离子体的空间中，而是被法拉第屏蔽件覆盖着。
第三，因为处理腔分为上腔和下腔，包括沉积材料源和螺旋自谐振线圈的上腔，其可以和有多种尺寸基体保持器的下腔以各种方式组合。
第四，提供沿着处理腔周缘放置的多个磁体，减少了带电电子进入壁的损失。因而，可以得到沿处理腔半径方向上的增强的一致的等离子体浓度。
第五，当螺旋自谐振线圈绕成一个锥型，处理腔内的等离子体浓度可以很容易控制。
当本发明通过一个优选实施例来特别展示和描述后，那些本领域内的技术人员可以理解，只要不违背本发明的实质和范围，这里允许有各种形式和细节的变化。比如说，尽管本发明主要描述磁控溅射装置，但是本发明的技术可以应用于其它的IPVD装置，比如E射线蒸发器和热蒸发器。相应的，本发明的真实范围不仅仅被上述描述所限定，也被附加的权利要求和它们的等价物所限定。
Claims (36)
1.一个电离物理汽相沉积装置(IPVD)，包括：
一个处理腔，内有基体保持器支撑处理的基体；
一个沉积材料源，向处理腔内提供沉积在基体上的材料，面朝基体保持器；
一个气体喷射单元，朝处理腔内喷射处理气体；
一个偏压电源，向基体保持器施加偏置电压；
一个螺旋自谐振线圈，为处理腔内沉积材料的电离产生等离子体，其一端接地，另一端电开放；
一个射频发生器，向螺旋自谐振线圈提供射频电力。
2.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中螺旋自谐振线圈放置在处理腔内，并靠近处理腔的内缘缠绕。
3.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中的射频发生器包括：
一个直流电源；
一个谐振放大器，
其中直流电源向谐振放大器提供触发脉冲，所述谐振放大器将触发脉冲放大并向螺旋自谐振线圈输出。
4.如权利要求3所述的电离物理汽相沉积装置，其中还包括：
一个第一分接头，放置在螺旋自谐振线圈的任意一点，所述谐振放大器的一输出向其施加；
一个第二分接头，放在第一分接头和接地端之间，将谐振放大器的部分输出正反馈到所述谐振放大器中。
5.如权利要求4所述的电离物理汽相沉积装置，其中第一分接头和第二分接头分别沿着螺旋自谐振线圈移动。
6.如权利要求4所述的电离物理汽相沉积装置，其中改变脉冲电压，脉冲持续时间和脉冲周期中的至少一个，以控制等离子体浓度和沉积材料的电离速率。
7.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中螺旋自谐振线圈以一致的直径缠绕。
8.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中螺旋自谐振线圈是锥型的，其直径朝着基体保持器逐渐增加。
9.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中环形的激发电极和螺旋自谐振线圈的开端相连，并且放置在处理腔内。
10.如权利要求9所述的电离物理汽相沉积装置，阻止激发电极和处理腔之间放电的悬浮屏蔽件放置在处理腔内。
11.如权利要求10所述的电离物理汽相沉积装置，其中，所述悬浮屏蔽件是圆柱形的，并且绕着基体保持器。
12.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述气体喷射装置包括：
一个气体源；
一个环形气体喷射器，其上有多个气体分配孔，朝着处理腔内部开启，并放置在处理腔内。
13.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述偏压电源是通过匹配网络和基体保持器电连接的。
14.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中还包括了一个法拉第屏蔽件，控制和等离子体耦合的电磁能量，该法拉第屏蔽件放置在螺旋自谐振线圈内。
15.如权利要求14所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述法拉第屏蔽件包括一个内屏蔽件，绕着产生等离子体的空间，内屏蔽件上有多个内缝，还有一个外屏蔽件绕着所述内屏蔽件，外屏蔽件上有多个外缝，内缝和外缝相互交错放置。
16.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中还包括多个沿着处理腔外缘放置的磁体，这些磁体以预定的相等的间隔分开放置。
17.如权利要求16所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述的磁体是永久磁体。
18.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述处理腔包括：
一个下腔；
一个放置在下腔上的上腔，其中上腔可以从下腔拆卸。
19.如权利要求18所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述基体保持器放在下腔内，螺旋自谐振线圈放在上腔内。
20.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中沉积材料源包括：
一个阴极组件，其包括放在处理腔内的标靶保持器，由沉积材料形成的标靶朝着基体保持器附着在标靶保持器的前端面上，多个磁体放在标靶保持器的后面。
一个阴极电源，向连接到阴极组件的标靶提供负电压。
21.如权利要求20所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述阴极电源是直流电源。
22.如权利要求21所述的电离物理汽相沉积装置，其中直流电源通过射频过滤器和阴极组件电连接。
23.一个电离物理汽相沉积装置，包括：
一个处理腔，包括下腔和放在下腔上的上腔；
一个基体保持器，放在下腔内，支撑要处理的基体；
一个阴极组件包括：
一个标靶保持器，放在上腔内；
一个朝着基体保持器附着在标靶保持器的前端面上的标靶，提供沉积到基体上的沉积材料；
一个多个磁体，放置在标靶保持器的后面；
一个阴极电源，向连接到阴极组件的标靶提供负电压；
一个气体喷射单元，向处理腔内喷射处理气体；
一个偏压电源，向所述基体保持器提供偏置电压；
一个螺旋自谐振线圈，在处理腔内产生电离沉积材料的等离子体，其一端是接地的，另一端电开放；
一个射频发生器，提供射频电力给螺旋自谐振线圈。
24.如权利要求23所述的装置，其中所述射频发生器包括：
一个直流电源；
一个谐振放大器，
其中直流电源向谐振放大器提供触发脉冲，谐振放大器将触发脉冲放大并输出给螺旋自谐振线圈。
25.如权利要求24所述的装置，其中还包括：
一个第一分接头，放置在螺旋自谐振线圈的任意一点，所述谐振放大器的一输出向其施加输出；
一个第二分接头，放在第一分接头和接地端之间，将谐振放大器的部分输出正反馈到谐振放大器中。
26.如权利要求23所述的装置，其中螺旋自谐振线圈以一致的直径缠绕。
27.如权利要求23所述的装置，其中螺旋自谐振线圈是锥型的，其直径朝着基体保持器逐渐增加。
28.如权利要求23所述的装置，其中环形的激发电极和螺旋自谐振线圈的开端相连，并且放置在上腔内。
29.如权利要求28所述的装置，其中阻止激发电极和处理腔之间放电的悬浮屏蔽件放置在处理腔内。
30.如权利要求23所述的装置，其中所述气体喷射装置包括：
一个气体源；
一个环形气体喷射器，其上有多个气体分配孔，朝着处理腔内部开启，并放置在处理腔内。
31.如权利要求23所述的装置，其中还包括了一个法拉第屏蔽件，控制和等离子体耦合的电磁能量，法拉第屏蔽件放置在螺旋自谐振线圈内。
32.如权利要求31所述的装置，其中所述法拉第屏蔽件包括一个内屏蔽件，绕着产生等离子体的空间，内屏蔽件上有多个内缝，还有一个外屏蔽件绕着内屏蔽件，外屏蔽件上有多个外缝，内缝和外缝相互交错放置。
33.如权利要求23所述的装置，其中还包括多个沿着上腔外缘放置的磁体，这些磁体以预定的间隔分开放置。
34.如权利要求23所述的装置，其中所述阴极电源是直流电源。
35.如权利要求34所述的装置，其中所述直流电源通过射频过滤器和阴极组件电连接。
36.一个电离物理汽相沉积装置，其中包括：
一个处理腔，内有基体保持器支撑要处理的基体；
一个沉积材料源，向处理腔内提供沉积在基体上的材料，面朝基体保持器；
一个气体喷射单元，朝处理腔内喷射气体；
一个偏压电源，向基体保持器施加偏置电压；
一个等离子发生器，在处理腔内产生为电离沉积材料用的等离子体；
一个法拉第屏蔽件，控制与等离子体耦合的电磁能量，设置在螺旋自谐振线圈内；
其中该法拉第屏蔽件包括一个内屏蔽件，绕着产生等离子体的空间，内屏蔽件上有多个内缝，还有一个外屏蔽件绕着内屏蔽件，外屏蔽件上有多个外缝，内缝和外缝相互交错放置。
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