CN1811010A - 磁控溅射制造工艺 - Google Patents

Abstract

一种磁控溅射制造工艺，包括下列几个步骤。首先，提供反应腔室，其至少包括基板座、靶材以及磁控装置，其中此靶材之材质包括铝或铝合金或是熔点大于铝或铝合金的金属材质。接着，将基板移至此基板座上，之后将反应腔室的压力调整至0.1pa～0.35pa之间，使得基板上形成薄膜。通过将反应腔室的压力调整至0.1pa～0.35pa之间，来进行基板溅射制造工艺，即可使沉积的薄膜连续地形成于基板上，以避免产生爬坡断线现象，进而提高基板镀膜的成品率。

Description

磁控溅射制造工艺

技术领域

本发明涉及一种薄膜沉积制造工艺，且特别涉及一种磁控溅射制造工艺(magnetron sputtering process)。

背景技术

在一般半导体及平面显示器(Flat Panel Display，FPD)所用基板的薄膜沉积制造工艺中，大致可分为物理气相沉积制造工艺与化学气相沉积制造工艺。就物理气相沉积制造工艺而言，常见的如溅射制造工艺，其原理如下：通过施加电场让腔室内的离子撞击金属靶材，此时金属靶材的表面因为被离子所轰击(bombardment)而产生许多的二次电子(secondary electrons)以及金属靶材原子。

接着，此二次电子因经过电场获得了足够能量而与腔室内的气体分子撞击，进而让气体分子产生解离(dissociation)、离子化(ionization)、激发(excitation)等反应，产生许多的离子、原子、原子团、电子(亦就是所谓的[等离子体](plasma))。这些被击出的金属靶材原子将进入等离子体里，并以扩散作用沉积于待镀膜物的表面，以完成此待镀膜物的溅射制造工艺。

为了维持上述的各种反应，必须维持在腔室内的离子与电子的浓度，然而这些电子却很容易由腔室的接地区域而释出于腔室外，因此，要如何维持腔室内之电子的浓度，是一个重要的课题。为了维持腔室内电子的浓度，并增加电子与腔室内气体分子的碰撞次数，后来才发展出磁控溅射制造工艺，叙述如下：

图1为一种公知的磁控溅射制造工艺所使用的反应腔室的示意图。请参照图1，公知的磁控溅射制造工艺是用来形成薄膜于基板上，此磁控溅射制造工艺的步骤如下：首先，提供反应腔室100(reactionchamber)，此反应腔室100至少包括基板座(substrate base)110、靶材(target)120、磁控装置(magnetron device)130、工艺气体140、管路150及主流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)160与抽气口170。基板座110以及靶材120设置于反应腔室100内，并分别设置于反应腔室100的两侧。磁控装置130设置于反应腔室100外，并邻近于靶材120处，其中磁控装置130可以为固定式或者是移动式，且磁控装置130可使反应腔室100内的电子沿着螺旋状的路径移动，延长反应腔室100内的电子的运动路径，以增加电子与反腔室100内之气体分子的碰撞机率，进而增加等离子体密度，使镀膜率(deposition rate)提高。

请继续参照图1，管路150及主流量控制器160用以将溅射制造工艺所需的气体通过主流量控制器160注入反应腔室100内，抽气口170例如与真空泵连接(图中未表示出)，通过此真空泵可将反应腔室100内的气体抽至腔室外，以降低反应腔室100内的压力，进而达到制造工艺过程所需的真空度。

接着，将基板10移至反应腔室100内的基板座110上，对基板10进行溅射制造工艺。其中，进行溅射制造工艺时，一般反应腔室100内的压力通常是维持在1pa(pascal)左右。值得注意的是，虽然此种使用磁控装置的磁控溅射制造工艺可明显地增加基板10溅射制造工艺的镀膜率，但是当基板10上的膜层在经过图案化(patterning)制造工艺后，往往会因为溅射制造工艺台阶覆盖(step coverage)的能力不足而容易在膜层图案的侧壁产生断裂或埋孔，特别是对于高熔点材质的靶材而言，其例如为铬、钼、钨、钛或钽及其合金等，发生断裂或埋孔之情形将更加的严重，其叙述如下：

图2为使用公知的磁控溅射制造工艺于基板上的膜层在进行镀膜后的剖面示意图。请参照图2，基板10上的膜层12在经过公知的磁控溅射制造工艺后(其反应腔室100的压力大约维持于1pa左右)，其镀膜14很容易在膜层12图案的侧壁(行业内通称为爬坡段)产生断裂或埋孔16等情形，此即一般行业内所通称的爬坡断线现象，此现象会造成电路开路(open circuit)，对镀膜成品率影响甚大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是提供一种磁控溅射制造工艺，可明显地改善公知技术的爬坡断线现象所造成的电路开路现象，进而提高基板之较佳的镀膜成品率。

基于上述目的或其它目的，本发明提出一种磁控溅射制造工艺，其包括下列步骤：首先，提供反应腔室，其中此反应腔室至少包括基板座、靶材以及磁控装置。接着将基板移至此基板座上。接着，将反应腔室的压力调整至0.1pa～0.35pa之间进行沉积制造工艺，使得在上述基板上形成薄膜。

依照本发明的较佳实施例所述的磁控溅射制造工艺，其中沉积制造工艺的直流电功率介于25KW～55KW之间，基板的温度介于25℃～220℃。

依照本发明的较佳实施例所述的磁控溅射制造工艺，其中靶材包括金属靶材，其材质包括铝或铝合金或大于铝或铝合金熔点的金属，所述大于铝或铝合金之熔点的金属包括铬、钼、钨、钛或钽及其合金等。

基于上述说明，本发明磁控溅射制造工艺将反应腔室的压力调整至0.1pa～0.35pa之间，可以有效地提高基板的镀膜成品率。此外，在上述之反应腔室的压力为0.1pa～0.35pa之间的情况下，当本发明之磁控溅射制造工艺，其直流电功率介于25KW～55KW之间，且基板温度介于25℃～220℃时，更可提高基板的镀膜成品率。

为让本发明上述及其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

具体实施方式

图3A为本发明较佳实施例的一种磁控溅射制造工艺所使用的反应腔室的示意图。请参照图3A，本实施例磁控溅射制造工艺包括下列步骤。首先，先提供反应腔室200(reaction chamber)，此反应腔室200至少包括基板座110、靶材210、磁控装置130及工艺气体140，其中靶材210的材质例如是铝或铝合金，或者是熔点大于铝或铝合金的金属，其例如为铬、钼、钨、钛或钽等金属或其合金。基板座110可固定基板10于反应腔室200内，并能对基板10进行加热。

请继续参照图3A，基板座110以及靶材210设置于反应腔室200内，并设置于反应腔室200的两侧，其中基板座110与靶材210可分别作为电极，且将此两电极(基板座110与靶材210)与电源接通，其中基板座110例如为正极，靶材210例如为负极，即可于反应腔室200内形成电场，使反应腔室200内的等离子体中的阳离子顺着电场的方向溅击靶材210，以进行溅射制造工艺。

另外，磁控装置130设置于反应腔室200外，并邻近于靶材210处，其中磁控装置130的俯视示意图如图3B所示。请同时参照图3A与3B，磁控装置130包括有一组或一组以上的磁石135及用以控制这些磁石135之运动的一种装置(当此磁控装置130为移动式时)(图中未表示出)。通过所述磁控装置130所产生的磁场使得反应腔室200内的电子以螺旋状的运动路径移动，以增加这些电子与反应腔室200内之气体分子的碰撞次数，因此可同时增加反应腔室200内的等离子体密度与镀膜率。

此外，此反应腔室200还可包括至少管路220及主流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)230与抽气口240，其中管路220及主流量控制器230用以将溅射制造工艺所需的气体透过主流量控制器230(用以控制该气体的流量)注入反应腔室200内，抽气口240例如与真空泵连接(图中未表示出)，通过此真空泵可将反应腔室200内的气体抽至腔外，以降低反应腔室200内的压力，维持制造工艺所需的真空度。

接着，将基板10移至反应腔室200内的基板座110上，并例如通过真空泵与主流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)，将反应腔室200的压力调整至0.1pa～0.35pa之间进行溅射制造工艺，使得在基板10上形成镀膜。在此，通入反应腔室200内的工艺气体140至少包括惰性气体，其例如为氩气、氦气等。值得注意的是，当反应腔室200的压力介于0.1pa～0.35pa之间时，可有效地提高金属薄膜的台阶覆盖的能力，特别是针对熔点高于铝或铝合金的金属，例如是为铬、钼、钨、钛或钽及其合金等，其台阶覆盖能力的改善效果更是显著。因此，既使当基板10表面的膜层在经过图案化(patterning)的制造工艺后，于膜层上所沉积的金属镀膜亦不会在膜层图案的侧壁产生断裂或埋孔(blind hole)等情形。

图4为使用本发明较佳实施例的磁控溅射制造工艺于基板上的膜层进行镀膜后的剖面示意图。请参照图4，基板10表面上的膜层12是经过图案化制造工艺后的图案，其中图4的基板10例如为玻璃或硅材质的基板或者是膜层12底层或其它膜层等。虽然这些图案化的膜层12突出于基板10的表面，但是由于本发明的磁控溅射制造工艺所用的反应腔室200，其压力介于0.1pa～0.35pa之间，因此，经过本发明的磁控溅射制造工艺所产生的镀膜14将可完整地、连续地覆盖在基板10与经图案化的膜层12的表面上，并提供较佳的台阶覆盖性，因而可避免爬坡断线现象的产生，进而有效地提高基板10之镀膜成品率。

此外，当本实施例磁控溅射制造工艺，其所用的反应腔室压力介于0.1pa～0.35pa之间的情况下，还可包括以下几种参数条件，这些参数条件例如为：(1)施加于基板座110与靶材210的直流电功率介于25KW～55KW之间；(2)基板10温度介于25℃(室温)～220℃等。

以下表一列举多组实验数据以证明本发明磁控溅射制造工艺的效果。

                          表一

	基板温度(℃)	电功率(KW)	压力(Pa)	爬坡断线数目(个)
					比较例1	180	25	0.35	7
实例2	180	25	0.2	0
					实例3	180	25	0.25	0
实例4	180	25	0.33	0
					比较例2	180	55	0.2	1

请参照表一，实例2、3、4之反应腔室的参数条件均为：(1)基板之温度为180℃，(2)所施加的直流电功率为25KW，(3)压力分别为0.2、0.25、0.33Pa等，而此三个实例所产生的爬坡断线个数皆为0。比较例1的参数条件与实例2、3、4的参数条件主要之不同点在于比较例1反应腔室的压力为0.35Pa，所产生的爬坡断线个数高达7，因此对比实例2、3、4的成品率，比较例1的成品率明显偏低。此外，在压力为0.1Pa时，等离子体气体的稳定性为最高，因此，本发明较佳实施例的磁控溅射制造工艺，其压力介于0.1pa～0.35pa之间。

另外，比较例2的参数条件与实例2的参数条件主要的不同点在于比较例2的电功率为55KW(虽然比较例2与实例2的压力均介于0.1~0.35Pa之间)，其所产生的爬坡断线个数为1，因此对比实例2“0”的爬坡断线个数，比较例2的成品率较低。

再者，在理论上，由于原子的迁移性(mobility)会随着温度的升高而增加，故其台阶覆盖性将会随之上升，然而，当温度过高时(经实验证明约超过220℃时)，硅容易与覆盖其上的金属膜层化合而产生金属硅化物，较不利于后续的蚀刻制造工艺。因此，本发明较佳实施例的磁控溅射制造工艺，其温度介于25℃(约一般室温)～220℃之间。

综上所述，由于本发明的磁控溅射制造工艺，其所采用的反应腔室，其压力设定于0.1pa～0.35pa之间。因此，本发明的磁控溅射制造工艺可于基板的表面上形成完整地、连续的镀膜，以改善其台阶覆盖性，进而有效地提高基板的镀膜成品率。

值得一提的是，利用本发明方法除了可以应用于铝或铝合金的溅射制造工艺之外，还可应用于其它高熔点金属及其合金(亦即熔点高于铝或铝合金之金属)的溅射制造工艺，其所能够改善的台阶覆盖性的效果更是显著。因此，本发明的溅射制造工艺可以应用于各种金属的溅射制造工艺，进而使得其所用的溅射机的利用率提高。

虽然本发明已将较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明的保护范围应当以权利要求书所限定的范围为准。

附图说明

图1为一种公知的磁控溅射制造工艺所使用的反应腔室的示意图。

图2为使用公知的磁控溅射制造工艺于基板上的膜层在进行镀膜后的剖面示意图。

图3A为本发明较佳实施例的一种磁控溅射制造工艺所使用的反应腔室的示意图。

图3B为图3A的反应腔室的磁控装置的俯视示意图。

图4为使用本发明较佳实施例的磁控溅射制造工艺于基板上的膜层进行镀膜后的剖面示意图。

主要元件标记说明

10：基板

12：膜层

14：镀膜

16：埋孔

100：反应腔室

110：基板座

120：靶材

130：磁控装置

135：磁石

140：工艺气体

150：管路

160：主流量控制器

170：抽气口

200：反应腔室

210：靶材

220：管路

230：主流量控制器

240：抽气口

Claims (7)

1.一种磁控溅射制造工艺，其特征是包括：

提供反应腔室，其中所述反应腔室至少包括基板座、靶材以及磁控装置；

将基板移至所述基板座上；以及

将所述反应腔室的压力调整至0.1pa～0.35pa之间以进行沉积制造工艺，使得在所述基板上形成薄膜。

2.根据权利要求1所述磁控溅射制造工艺，其特征是所述沉积制造工艺的直流电功率介于25KW～55KW之间。

3.根据权利要求1所述磁控溅射制造工艺，其特征是所述基板温度介于25℃～220℃。

4.根据权利要求1所述磁控溅射制造工艺，其特征是所述靶材包括金属靶材。

5.根据权利要求4所述磁控溅射制造工艺，其特征是所述金属靶材的材质包括铝或铝合金。

6.根据权利要求4所述磁控溅射制造工艺，其特征是所述金属靶材材质的熔点大于铝或铝合金之熔点。

7.根据权利要求6所述磁控溅射制造工艺，其特征是所述金属靶材的材质包括铬、钼、钨、钛或钽及其合金。

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