TW310482B - - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 310482 A 7 ---- B7 五、發明説明（i ) 發明背吾 本發明大體上有關—種於眞空中藉磁元濺散而於基質上沉 積薄膜之方法，尤其有關一種沉積諸如矽等非導電性或半導 電性元素之方法，及該元素之介電質。 目岫使用各式各樣之磁元濺散方法於多種基質上沅積薄 膜其中一種方法用以於玻璃基質上形成光學薄膜。該基質 包括建築物窗户所用之大型結構玻璃，諸如貨車及汽卓擋風 玻璃之車用玻璃，電腦及放影機顯示銀幕，及小型光學元 件。此種方法係藉使一種該基質連續通經眞空室，該1中濺 散有藉於電漿放電中產生之離子撞擊靶極所產生之材料。若 孩薄膜需僅包含靶材料，則該材料直接濺射於基質上。另一 方面，通常需沉積以I巴元素爲其一部分之化合物，此藉將反 應性氣體導入眞空室中，並於基質表面上與濺散之元素反應 形成所需之化合物而完成。反應性濺散之一種實例爲介電質 膜沉積’其中把材料爲諸如鈥等金屬，而反應性氣體爲氧或 氮。另一個實例中’使用主要爲非導電性或半導電性元素之 革巴，諸如矽，其被濺射出來並與諸如氧等反應性氣體結合， 沉積諸如二氧化矽之介電質材枓膜。 近年來對非金屬、實質非導Ί：性元素或其介電性化合物之 濺散膜的需求漸增。然而，難以控制沉積該膜之現存濺散 法。此類方法通常無法以穩定方式操作。矽介電膜之沉積最 困難，同時，對該膜之需求迅速增加。現存方法提供之沉積 速率大幅低於形成大部分金屬膜所得者。 爲達經濟效益，該基質需於高速率下通經磁元濺散裝置。 (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 31Q482

五、發明説明（2) 經濟部中央梂準局負工消费合作社印製 意即該材㈣積於基質上之料需 碎及其他該種料未達該情[氧切膜積乳化 形成—或多層之多n絲，… 廣⑼於在玻璃上 / ^ ^ I，# ，以提供波長選擇性透射及 〈或反射特性。二氧化碎之折射率低。然而 采物或汽車玻璃等大型基質時 = " 个、 q腱疋'化積速率特別重要。 装L中斤而 < 王要投資極大，因此需· ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 卑丨旨命A - Λ ' U ®逑+ F經由濺 敢眞二至之一般路線移動該基質：' :夕或矽介電質膜沉積時產生之王要不期望作用係發弧。經 常性發孤使該程序偏離所需之操作參數。產生兩種發孤，第 一種主要者是經由係電子導體之電漿由m至陽極表面產 生電弧。非導電性靶材枓係於矽靶中摻雜諸如某些鋁之某些 導電性材料，以作爲電漿方法之陰極。但因不期望沉積财 存有任何明顯量之導電性材料’靶中少量聲電性材料經其厚 度產生較由金屬靶材料濺散之導電性材料高出許多之電阻。 位於與靶背面接觸之金屬電極表面和與曝露之靶表面相間 隔之陽極間之沉積室内存有相等之串聯"電路，，。該串聯電 路包括乾材料本身之焉電阻’因而經由把材料之厚度'緊鄰 革巴面之陰極外鞘及位於該鞘及陽極間之電漿本身而形成電壓 降。相信實質非導電性靶材料所產生之第一種發弧具有兩個 彼此影響之原因。其一是該革巴因具高電阻故於高溫下操作， 而使電子較易逸離靶表面。另一個原因相信是絝經陰極外鞘 之壓降較大’因而於該區產生以較南能量衝擊革巴表面之離 子’使更多電子脱離靶表面。電子數量之增加使靶表面和陽 極間產生電閃型電之機率增加，造成接大電流流通該串聯 5 本紙浪尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事项再填寫本頁) 裝. -5

L A7 A7 五、 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 發明説明（3) 電路。聯接於靶後電極表面和陽 ”性网< 4源逋常矢效有一段 時間。使其若非不可能即是極難以提,r 從彳’、冋几積速率之移定參 數保持操作。該電弧亦易釋出微粒 ^ . 膜之-部分。 憎其作沉積 第二種發孤之原因是二氧化碎或其他非導電性材料不僅沉 積於所期望〈基質上’亦沉積於眞空室内之其他表面』，包 括陽極及兩邊聯接電源之靶，及其他與靶相鄰之表面-該介 電質膜週期性地累積電荷致足以使之損壞，而產生電弧。此 者可造成濺散法中之某些紊亂，亦於眞空室内產生顆^，其 中有些附著於基質表面上。 已針對沉積二氧化矽及其他麻煩之介電質的方法作許多明 ’肩之改良，以避免發孤之第二種緣故。其中一種進步是形成 圓枉型之矽靶’於沉積過程中沿其軸旋轉該圓柱體。於靶表 面上所形成之氧化物濺散飛開，提供--種自身清潔之特性。 已對覆盍與靶相鄰之表面之幕作其他改良。其他改良包括陽 極成型及定位。然而，此類手段無法減低上述第一種電弧 (革巴表面及陽極間）之成因。 因此，本發明之目的係改良該濺散技術，以有效降低靶對 陽極發弧之機率。 本發明另一個目的是以穩定方式操作該沉積法。 本發明更通用之目的係增加高品質薄膜之沉積速率。 本發明之特定目的是改善沉積矽化合物以形成介電質層之 方法。 發明簡诚 -6 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS ) A4規格（21〇χ2()7公缓） (請先S讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 丁 、vs A7 ___—___ B7 五、發明説明（4 ) 本發明το成了上述及其他目的，其中-簡言之一非導電性 或最多半導電性之材料用以於包含至少兩種惰性氣體之氛圍 中沉積該材料薄膜，或該材料之介電質化合物。例如，當沉 積以矽爲主之介電質化合物時，於具或一或多種反應性氣體 (通常爲氧及/或氮）及兩種不同之惰性氣體之氛園的磁元眞 it室内’由石夕靶進行濺散。其中―種惰性氣體之組合包括室 内分壓爲惰性氣體總分壓之2〇_8()百分比之氬，而飽者由氦 或氖組成，或爲氦及氖之組合物，其他惰性氣體包括氬、氙 及氡，但此類氣體因不易取得、高成本或使用困難而通常不 使用。 惰性氣體之相對分壓可藉對應之相對流速控制各氣體由個 別進入遠室之流動而保持。或者，惰性氣體可根據對應於所 需之相對分壓之比例預先混合，隨後由單—容器導入眞空室 中Ο 經濟部中失標準局貝工消费合作杜印製 (請先閲讀背面之注意事项再填寫本頁， ) ’h性氣體一般係於由金屬革巴滅散金屬膜期間使用^惰性氣 體亦用於某些反應性濺散，與反應性氣體組合’以增加沉積 速率。實際上，惰性氣體亦可於二氡化矽沉積期間與氣混 合，以改善其沉積速率。然而，已發現惰性氣體之存在無法 改善该法之控制性及穩定性，大部分情況下，使該法之該方 面史差。因此’現在一氧化妙通氣係不使用惰性氣體僅使用 氧而沉積。然而，已發現當使用兩種惰性氣體之組合物而非 一種時，可得到使用惰性氣體之優點。通常，低原子數之惰 性氣體構成大部分惰性氣體之體積^ 已發現至少兩種惰性氣體之適當組合物大幅降低乾對陽極 _ -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -- A? B7 510482 五、發明説明（5 ) 發弧之產生，而使所示方法控制以 沉積速率。相作该較佳处果在 心疋乃式操作，產生最大 和乾表面間轉移。有助‘降低惰性氣體之介穩狀態 經該鞘之電壓降，減低靶對：發，=柷’因：減低跨 量撞擊該—…: ^ _ 而知作點Ί、作用之自動回餚控制 口路扠制。先可預測當由矽或^ ^ ^ 士釦β砝=» c 土 义片U非導电性或半導電性材料 積㈣時’ m無法使用該控制系味 兹以下列較佳實例之描述說明本發明之其他目的 特色，薇描述應與附圖—起解讀、 附圖簡述 圖1係圖示說明藉本發明改善之磁元濺散裝置； 圖2係由其2-2切面所得之圖s系統之部分剖錢： 圖3係説明圖1及2裝置所需之操作點的曲線； 圖4係以圖説明用以控制圖…磁元濺射裝置之系統； 圖5顯示説明測定本發明圖】及2系统之操作參數的方法 且 圖6顯示説明圖i及2系統之最佳操作點的曲線。 較佳實例描述 先參照圖1，原點描述目前使用之濺散裝置及方法的 例。圖i所示之磁元爲採用長圓柱編極…，該陰核 電動馬達驅動源1 3於均勻速度下沿軸i 5旋轉。陰極i丨、 柱型外表面上所承載者爲於濺散過程中濺出之乾材。 層。基質1 9沿著與陰極丨！旋轉軸i 5垂直之珞後2 〇移1 -8 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS U4规格（2i〇，x297公釐） --------/,,衣------ir------1 (請先閔請背面之注意事項再填寫衣頁} 經濟部中央標準局員工消费合作社印«. 五、發明説明（6 ) A7 B7 基質藉某些簡便機構沿該路徑單向移動，諸如籍^.,^ . , . , ^ 带 ί€ 動馬達 2 3驅動之承載滾筒2 1。長型永久磁鐵結構2 5位於 且面向被塗覆之基質1 9。磁石結構2 5未相對於把 但其靜止位置通常可稍作旋.轉性之調誓 陰極1 1内 i旋轉， 磁石結槔2 5沿装 長度連續含有磁石。此長度決定沉積區之寬度。甚 ° 寬度最大値稍小於磁性結構2 5之長度。 質1 9之 經濟部中央橾隼局負工消費合作社印製 沉積過程於由金屬踏形成之眞空室4 ()内進行，4 口® I i 之 /% 線27所示。眞空泵系統29使該室内之壓力與所進彳_ , 、 共同保持低値。加工氣體藉管3 1或其他彬式之導故、，#序 〜子f由供應 處33送入室40中。 & 圖1及2所示之磁元藉直流電（D _ C .)電溽3 7供咖。甘 _ 兒。其他磁 元採用各式各樣之交流或脈衝電流。不同層·面之本於明亦了 應用於該種磁元。但圖1及2所示者中’丨奮極〗丨相對於室壁 27聯結於負電壓，該壁通常保持接地電位，靶17所用之二 料亦經電聯，使靶材料之外表面亦保持員電盤„ 通常’金屬眞空室壁27之内表面作爲濺散裝置之陽極。 此情況下’該壁仍保持接地電位《或者，另外採用位於陰極 1 1上與沉積區3 5反面處之個別陽極。陽fe 3 9則藉聯接於電 源3 7而保持正電壓□ 所述之本發明實例中，靶材料丨7實賀由矽組成，期望革巴 1 7僅包含矽元素，但因其非導體，故低比例之導電性元素 (諸如銘）與秒混合。铭之百分比通常介於约2 - 1 0重量百分 範圍中。因爲鋁原子亦與矽原子同時濺散離開該靶，故僅包 含足以產生操作磁元所需之導電度的鋁。該低比例之導電性 9 - 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A*規格（21〇χ29?公^丁 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 A 7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作杜印装 五'發明説明（7) 材料似乎不影響沉積之膜。該靶於此稱爲"實質"純矽3 各况積之膜係珍本身，則本發明經導管31導入該室40中 之加工氣體係至少兩種惰性氣體之组合物，未導入反應性氣 體’保待於室4 〇中之氣體僅有惰性者。然而，若其爲欲沉 積成爲基質1 9上之膜之矽化合物，則經等管3 1或個別導管 (未示）與惰性氣體同時導入一或多種反應性氣體。例如，若 於基質1 9上沉積二氧化矽之膜，則氧導入室4 〇中作爲反應 性氣體。另一方面若沉積氮化矽之膜，則氮導入室4 〇中作 爲反應性氣體。視欲沉積之特定膜而定，可使用一種以上之 反應性氣體。反應性氣體於基質1 9之表面上與乾1 7所进散 之矽原子反應，以形成沉積之介電質或其它化合物。該沉積 係於相當低壓-通常介於1 - 1 〇毫托耳（.milli-Torr)範圍内_於 室4 0内進行。 針對於混合一或多種惰性氣體之細節討論之前，針對於圖 3說明諸如二氧化矽等介電質沉積期間所涉及之其他程序參 數。沉積速率列於縱軸，而反應性及惰性氣流之相對比例則 以橫軸表示。曲線4 3表示反應性及惰性氣體之相對比例之 變化對沉積速率之影響。於終端4 5處，當室4 0内之氛圍爲 1 〇 〇百分比惰性氣體而不導入反應性氣體時，沉積迷率矛 高。於相反終端4 7處，當眞空室4 0内之氛圍僅有反應性氣 體而未導入惰性氣體時，沉積速率最低。反應性賤散法之争― 佳操作區由曲線43之滯後部分中之陰暗區49表示D I ,較 佳操作範園5 1係介於曲線4 3之終端4 5及4 7間之任何部什 此區之特性係高沉積速率及於基質上沉積I全反應之薄月奠 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公簾） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·

*1T λ. 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（8) 於该範園内之反應性及惰性氣體之相對百分比使室4 〇内 反應性氣體之分壓實質爲零。即，實質所有導入室40内之 反應性氣體皆與矽原子反應。此等較佳範圍可藉於視各種比 例之反應性和惰性氣體而定之特定時間内沉積於基質上之材 料量而測定。或者，可於實際時間内測定相對於沉積速率之 量。某些方法中之該量係電漿之一或多條特定放射線之強 度。電漿強度則爲圖3縱軸上之量。若特定方法容許，則實 除時間偵測可提供流入反應室之反應性及惰性氣體之相對比 例的自動控制’以使沉積速率保持於範圍$ 3内》如前述 者’石夕法尚未穩定至可自動控制、而應用衣發明所增加之穩 定性則可使之實現。 提供圖3所示之控制且根據本發明控制二或多種惰性氣體 之相對比例之濺散系統如圖4所述。此例中；尤其是矽法， 偵測提供至磁元室4 2之粉末的某些特性，而非電漿放射線 之強度。此藉於來自電源之路徑中引導電路55或藉直接與 電源聯接（未示）而完成。程序控制器5 7經線路5 9接受代表 提供至室4 0内之磁元陰極丨7之電壓、電流或能量中之―或 多者之訊息。程序控制器57經線路61控自由氣體來源33·導 入室4 0中之各種氣體的相對比例。控制系統之目的係於最 小系統阻抗内保持操作。藉由偵測電源電壓，例如圖6所 示’反應性和惰性氣體之相對比例依此方式控制，以於所需 之穩定操作區内保持操作。本發明之一個優點是於碎之反應 性濺散中使用惰性氣體，而使程序自動保持於所需之操作區 内。當室内僅包含諸如氡等反應性氣體時，無法產生此情 -11 - 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） f請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝

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AT ~ __ ------ --B" ____ ____ 五、發明説明（9) 況。 當能源3 7係直流電（d c ·)形式時，本發明提供較大之改 善’因爲發孤問題最嚴重，當能源3 7提供交流電（a . c ·)於磁 元40時，亦提供較佳之操作。 導入磁元室4 0内之氣體之來源3 3 '包括第一種惰性氣體（ 來源63、第二種惰性氣體之來源65、爻反應性氣體之來源 6 7。可採用其他反應性氣體及/或惰性氣體，並同時導入 磁元室4 0中。閥及計流系統6 9同時測定由各種來源進入該 i·内之各氣體之流動，並提供該流動之閥控制。程序控制器 5 7經管線6 1接受各氣體流動之訊息，並經相同管線6 I控制 说息以操作個別氣體進料閥。沉積二氧化矽膜之實例中，反 應性氣體來源6 7包括氧，惰性氣體來源6 3或6 5中之一含有 虱’且來源6 3或6 5中之另一者含有氦、氖或兩者《或者’ 可包括另一個惰性氣體來源，以使氦及氖與氬結合而用於磁 元室4 0内。 參照圖5之曲線説明不同之惰性氣體組合物及所用之兩種 不同惰性氣體之相對比例的影響。曲線7 1及7 3顯示對能源 電壓之影響，當來自能源之總能保持定値時，變動兩種不同 惰性氣體之相對比例。此曲線預怙使用矽靶及不使用反應性 氣體時之情況，其中惰性氣體# 1爲氦或氖，惰性氣體# 2爲 氬。圖5所説明之令人感興趣之效果係電壓隨情性氣體# 1及 # 2之相對比例變化而變化，尤其是於一般所需以得到高沉 積速率之高能下。由理論點之觀點而言，最佳操作點係於 7 5處之相對混合物（當於曲線7 3之低能處操作時）或於7 7處 _ -12.- 本紙張尺度賴中關家制( CNS > ( 210X撕公♦ ) ~ ~ ' (請先閱讀背面之注意事項再填耗本頁 裝 訂 Λ 310482 A B" 經濟部中央楯準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（10) (古於南能曲線7 1操作時）。其係使電弧發生機率減至最小 之減低^能源電壓，同時，造成特定固定能源下之最大電 流。該系統依循施加於磁元之總能的基礎電關係，其等於跨 經革巴及陽極 < 電塵r乘以所施加之電流（P = V X丨）。 因爲曲線7 1及7 5之實際最小値於工業濺散應用中不易保 持，於不同之惰性氣體#丨及# 2之比例範圍内保持操作。若 爲矽或矽化合物膜，具最低原予數之惰性氣體通常構成大部 分。氦（原子數2)及氖（原子數1〇)兩者之原子數皆低於氬 (原子數1 8 )。然而，已發現可操作範圍廣於彼者，即2 〇至 80百分比之惰性氣體爲氬，而餘者爲氖或氦或氦和氦之组 合物。 一旦圖5所示之一或多種曲線針對於特定磁元濺散系統中 之特定靶材料測定，建立兩種或多種不同惰性氣體之比例。 已知磁元室4 0内惰性氣體之各分壓相對於室内所有惰性氣 體之分壓保持特定百分比。此類相對分壓以所測定之相對比 例藉控制進入室4 ()内之兩種或多種惰性氣體之流速的程序 控制器5 7 (圖4 )保持。一旦測定，則程序控制器$ .7根據圖6 之關係變化所有惰性氣體及相對氣體之相對比例，以於穩定 區内保持操作。各惰性氣體且使用個別來源之代用法中，可 於單一各器中預先?昆合’隨後用爲惰性氣體之單一來源„ 由圖5曲線發現兩種惰性氣體之組合物產生以僅利用一種 惰性氣體者低許多之電壓操作磁元之能力。實際上，對特定 flb源而f ’較佳可使電壓降値低達2百分比a即使電壓小幅 降低，仍減低產生電派之可能性。操作電壓降低丨（）百分比 __ - 13 - 本紙張尺度咖家制M CNS〉A4·· ( 21G X 297公釐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. -訂

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發明説明（η) 或更多，則濺散操作大幅改善。 雖然測，兩種不同惰性氣體之可用混合物之範圍的方法係 對圖5措使能源保持固定並測定電簦描4,但仍可藉抑制 並_其他组合物而得到相同效果。例如，非於能源固定時 疋電壓’而測定拖加於磁元室40之電流。當明5曲線之電 壓爲最小値時，電流達最大値。控制操作以得到較僅使用惰 性氣體可達者高之操作電流。相同地，系統電壓可藉能源 3 7保持定値，而操作設定於低能或高電流。達磁元陰極υ 之電流可永久保持定値，混合兩種惰性氣體之結果使操作令 定於低電壓或增加之能量。 雖已針對較佳實例描述本發明之各方面，但已知本發明於 申請專利範圍内皆受到完全之保護。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) nil ml { I— I l^i i a it t^n · 裝 經濟部中央梂準局員Μ消費合作社印製 ____T______f____ -I 、=0 ? -14 - I紙浪尺度國家橾準（CNS ) Α4规格（2〖0 κ297公羡

Claims (1)

1. 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 Λ 8 C8 丨. ΐ.)8 ^ 、申請專利範圍 ~- h —種於眞空室（40)内由大致含矽之材料的靶表面（丨7)濺 散材料於基質（1 9 )上之方法，其包括下列步驟： 於眞空室内導入包含至少—種與靶元素反應之氣體（67) 之氣體組合物及至少第—種及第二種惰性氣體（6 3，6 5 ) 之組合物， 使第一種惰性氣體(6 3 )之分壓介於該眞空室内之至少第 種及第二種惰性氣體之組合物總分蜃之2 〇至8 0百分比 範固内，及 保持該至少一種反應性氣體與流（3 υ入眞空室中之該至 y第一種及第二種惰性氣體之組合物總量之相對比例，以 於通眞S室中孩至少反應性氣體之分壓大致等於零下操作 (19)。 2·根據申請專利範圍第〖項之方法，其中第一種惰性氣體爲 氬。 3.根據申請專利範圍第2項之方法，其中第二種惰性氣體爲 氦或氖。 4_根據申請專利範圍第1項之方法，其中氣體導入步驟包括 大致僅導入氧以作爲該至少一種與矽反應之氣體t 5. 根據申請專利範圍第丨項之方法，其中產生分壓之步驟 包括使流入眞空室内之第一種惰性氣體流介於進入眞空 室之惰性氣體組合物總流之2 〇至8 〇百分比範圍内。 6. 根據申請專利範圍第$項之方法，其中控制第—種惰性氣 體流入眞2室中之步骤包括控制該流使之低於進入眞空室 之惰性氣體組合物總流之5 〇百分比。 ___-15 * 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（2ΐ〇χ 297公釐） 裝------訂-----α, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) S1C482 Λ 8 Β8 C8 08 六、申請專利範圍 7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中保持眞空室内反 應性及惰性氣體之相對比例的步驟包括偵測（5 5 )眞空室 内之電漿特性，及利用使該特定保持於預定極限（4 9 )内 之方式控制流入眞空室内之反應性氣體和惰性氣體之相 對比例之步雕。 8. 根據申請專利範圍第7項之方法，其中該偵測步驟包括偵 測電漿所放射之一或多條輕射線之強度。 9. 根據申請專利範圍第7項之方法，其中該偵測步驟包括到 k-. 達眞空室内之靶及陽極上之電源特性 ! i I H ^—.^1 In ，·！·*·. ....... ί -1 1--- tn I-: -- _ ml--ai.....I - --1 - I........ !1 I n^. % (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 "16* 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规格（210 X 297公釐）