TWI427172B

TWI427172B - 微波輔助旋轉物理氣相沉積

Info

Publication number: TWI427172B
Application number: TW098116040A
Authority: TW
Inventors: Michael W Stowell; Richard Newcomb
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2014-02-21
Also published as: CN102144043B; CN102144043A; US8349156B2; WO2009140518A2; US20090283400A1; WO2009140518A3; JP5567005B2; KR101366125B1; TW201002844A; KR20110010780A; JP2011521107A

Description

微波輔助旋轉物理氣相沉積

本發明係相關於微波輔助旋轉物理氣相沉積。

輝光放電薄膜沉積製程廣泛用在產業應用與材料研究，尤其是用在創造新的先進材料。雖然化學氣相沉積(CVD)對在溝槽或孔中沉積材料通常呈現優越性能，物理氣相沉積(PVD)由於其簡單性和較低成本而更佳。在PVD中，磁控管濺射常是較佳的，因為其可具有比非磁控管濺射增加約一百倍的沉積率和降低約一百倍的所需排放壓力。惰性氣體，尤其是氬，通常用作濺射劑，因其不與靶材材料反應。當施加負電壓至靶材時，正離子，例如，帶正電荷的氬離子，撞擊靶材並敲出原子。亦從靶材表面放出次級電子。磁場可捕集接近靶材的次級電子，且次級電子可導致與惰性氣體之更為離子化的碰撞。此增強近接靶材之電漿的離子化，並導致較高的濺射率。這也表示電漿可以較低壓力來維持。在習用的磁控管濺射中，較高的沉積率可藉由增加至靶材的功率或減少與靶材的距離來達成。不過，不利之處在於磁化的電漿在電漿密度上傾向於具有較大變異，因為磁場強度隨著距離顯著改變。此非均質性可導致大面積沉積的複雜化。同樣地，習用的磁控管濺射具有相對低的沉積率。

不同於蒸發技術，PVD中的離子或原子能量比得上典型表面的束縛能。此將轉而幫助增加原子遷移率與表面化學反應率，以便磊晶生長可發生於降低的溫度，且可允許化學介穩材料的合成。藉由使用高能原子或離子，亦可使化合物形成變得更為容易。如果將沉積材料離子化，甚至可達成一更大優點。在此情況下，離子可加速至所需能量，並使用電場或磁場方向引導，以控制薄膜互混、奈米級或微米級的微結構修改和介穩相的產生。因為所關注的是以離子而非中性粒子形式達成沉積通量，已發展數種新的離子化物理氣相沉積(IPVD)技術，以離子化濺射材料，以及後續使用電漿鞘將離子導向基材，其中電漿鞘是在基材上使用射頻偏壓產生。

原子的離子化需要高密度電漿，其使沉積原子在未以高能電子離子化的情況下難以逸散。電容產生電漿通常很容易離子化，導致低沉積率。可使用電感放電來產生更稠密的電漿。電感耦合電漿可具有10¹¹ 離子/cm³ 的電漿密度，近乎比可比較的電容產生電漿高出100倍。典型的電感離子化PVD使用電感耦合電漿，其使用具有13.56 MHz射頻源的內部線圈產生。此技術的不利之處在於具有約100 eV能量的離子轟擊線圈，侵蝕線圈，並接著產生可逆向影響沉積的濺射污染物。同樣地，離子的高能量可導致基材損壞。已藉由使用外部線圈來解決與內部ICP線圈關聯的問題而做出某些改善。

另一增加電漿密度的技術為使用微波頻率源。眾所周知，在低頻下，電磁波在電漿中不會傳播，而改為反射。不過，在高頻下，例如，典型的微波頻率，電磁波有效允許電漿電子的直接加熱。隨著微波輸入能量到電漿中，碰撞可發生以離子化電漿，以便可達成較高的電漿密度。典型地，使用角狀物來注入微波，或將小的刀形天線放置在真空腔室中，使之鄰接濺射陰極，以用於輸入微波到腔室中。不過，此技術並未提供均質輔助來增強電漿產生。在沒有濺射陰極輔助的情況下，其亦未提供足夠的電漿密度，以維持其自身的放電。此外，因為非線性之故，為了大面積沉積而按比例放大這類系統受限於1公尺或更小等級的長度。

仍需要提供鄰接濺射陰極的高密度均質放電，以增加局部離子化的效率並在大面積上沉積薄膜。亦需要降低離子能量，以減少基材的表面損壞，從而降低缺陷密度。進一步需要影響微結構生長與沉積涵蓋區，例如，窄溝渠中的間隙填充，以及透過控制塊電漿中與近接基材表面處的離子密度和離子能量來增強薄膜的化學性質。

本發明之實施例使用同軸微波天線，以增強PVD或IPVD中的離子化。同軸微波天線均質增加鄰近遭受電源之濺射陰極或靶材的電漿密度。同軸微波源以橫向電磁(TEM)模式產生電磁波。本發明之實施例亦使用近接濺射陰極或靶村的磁控管，以進一步增強濺射。此外，為了高度利用昂貴的靶材材料，靶材可旋轉以改善利用效率。靶材包含介電材料、金屬或半導體。靶材亦具有一橫剖面，其實質上相對於一靶材環繞其旋轉的中心軸對稱。在一特定實施例中，靶材可具有實質上圓形或環形的橫剖面。

在本發明之一組實施例中，一同軸微波源可配置在一靶材外側，以輔助PVD或IPVD。如果該靶材包含介電材料或半導體，則該靶材可遭受交流、射頻或脈衝功率，以使其作用如一陰極。如果該靶材包含金屬，則該靶材可遭受直流電壓，以使其作用如一陰極。該同軸微波源可為線性並以橫向電磁(TEM)模式產生電磁波。一平面微波源可包含複數平行同軸微波線源。

在本發明之另一組實施例中，一磁控管或複數磁控管可加至近接一靶材處，為了更高度的材料利用，將該靶材配置為旋轉。該靶材遭受直流、交流、射頻或脈衝功率的至少一個。一同軸微波源位於該靶材外側，以作為一增強離子化的次級源。該磁控管可幫助限制次級電子，並進一步增強離子化。在一磁控管位於該靶材內側的特殊實例中，該磁控管較佳地位於一水平位置，並近接該靶材底部，以增強該基材上方的局部離子化。此外，在複數磁控管，例如，兩個磁控管，位於該靶材內側的實例中，該磁控管較佳地相對該水平位置位處於一角度。該兩個磁控管之位置可相對於該靶材的垂直中心軸對稱。此外，磁控管可位於該靶材外側，以提供鄰近該靶材表面的磁場，以增強離子化。在該磁控管之間可形成一電位，以進一步增強離子化。

本發明之實施例進一步仍包含一用於在基材上方沉積薄膜之兩個可旋轉靶材的配置，其中一天線位於該兩個靶材的外側。該兩個靶材實質上相對於該天線對稱地配置。在近接每一該靶材處，可添加一磁控管或複數磁控管，以用於局部離子化的增強。

附加的實施例及特徵部分在跟隨之敘述中提出，而部分對那些熟悉此技術者來說，一旦檢視本說明書當可益發明白，或可藉由實行本發明而獲悉。對本發明之性質和優點的進一步了解可藉由參照本說明書的剩餘部分和圖式來實現。

1.微波輔助PVD之概述

當與13.56 MHz下的典型射頻(RF)耦合電漿源相比時，由於2.45 GHz下之改善的功率耦合與吸收，微波輔助PVD已發展用於達成較高電漿密度(例如，~10¹² 離子/cm³ )和較高沉積率。射頻電漿的一個不利之處在於大部分的輸入功率落在電漿鞘(暗區)上。藉由使用微波電漿來形成窄電漿鞘，使電漿可吸收更多功率以產生自由基與離子物種，其增加電漿密度並降低離子能量分佈的碰撞擴散，以達成窄能量分佈。

微波電漿亦具有其他優點，例如，具有窄能量分佈之較低的離子能量。舉例來說，微波電漿可具有1至25 eV的低離子能量，當與射頻電漿相比時，其導致較少的損壞。反之，標準的平面放電將導致具有更寬離子能量分佈之100 eV的高離子能量，當離子能量超過大多數關注材料的束縛能時，其將導致較多損壞。此最終透過引入本質缺陷而抑制高品質結晶薄膜的形成。微波電漿以低離子能量和窄能量分佈來幫助表面修改並改善塗層性質。

此外，由於使用微波電漿源而達成較低的基材溫度(例如，低於200℃，舉例來說，100℃)，因為較低離子能量下增加的電漿密度幫助減少薄膜的缺陷密度。在動力受限的條件下，這一類較低的溫度允許更好的微結晶生長。同樣地，由於電漿在低於約50 mTorr的壓力下會變得不穩定，不具有磁控管的標準平面放電通常需要大於約50 mTorr的壓力來維持自持放電。此處所述之微波電漿技術允許壓力範圍從約10^-6 Torr至1大氣壓。因此，處理視窗(例如，溫度和壓力)藉由使用微波電漿源而獲得延伸。

過去，在真空塗層產業中與微波源技術關聯的一個不利之處為在從小晶圓處理按比例放大至非常大面積處理期間之維持均勻性的困難。根據本發明之實施例的微波反應器設計應付這些問題。同軸電漿線源的陣列已發展用於以高沉積率在超大面積(大於1m² )上沉積實質上均勻的塗層，以形成稠密且厚的薄膜(例如，5至10 μm厚)。

一先進脈衝技術已發展用於控制微波功率，以產生電漿，從而控制電漿密度和電漿溫度。此先進脈衝技術可減少配置在基材上方的熱負載。當基材具有低熔點或低玻璃轉化溫度，例如，聚合物基材之實例，時，此特徵具有相關性。該先進脈衝技術允許在脈衝中間具有截止時間的高功率脈衝進入電漿，其降低對連續加熱基材的需求。與連續微波功率相比，脈衝技術的另一實施態樣顯著改善電漿效率。

2.示範的微波輔助旋轉濺射沉積

第1圖顯示具有一靶材之簡化的微波輔助旋轉濺射沉積系統100。圓柱形管形式的靶材106可繞靶材中心旋轉，以提供常很昂貴之靶材材料的較高利用。天線110為同軸微波電漿線源，且在靶材106外側位於中心軸118上。靶材106上方之位於中心軸118上的氣體供應器112提供惰性氣體，例如，氬、氦、氙和其混合物，的連續流，以作用如濺射劑。氣體供應器112亦可位於靶材106和基材102中間(未顯示)。電漿104在近接靶材106的外部表面處形成。靶材材料的薄膜可形成在位於靶材106下方的基材102上。基材102可偏壓以吸引離子，以在基材102上形成薄膜。

在第2圖所繪示的替代實施例中，配置200包含兩個旋轉靶材，其實質上相對於微波源或天線對稱地放置。再次，靶材206配置為旋轉，以提供靶材材料的更高利用。天線210包含一同軸微波線源，且在靶材外側位於中心線218上。兩個靶材上方之位於中心軸218沿線的氣體供應器212提供惰性氣體，例如，氬、氦、氙和其混合物，的連續流，以作用如濺射劑，儘管氣體供應器212可位於靶材206和基材202之間的任何位置。

在第3圖所繪示的另一實施例中，配置300包含兩個旋轉靶材，連同每一靶材中的一個磁控管。再次，兩個靶材實質上相對於微波源或天線對稱地放置。靶材306可旋轉，以提供靶材材料的較高利用。天線310包含一同軸微波源，並在靶材306外側位於中心線318上。磁控管314可位於水平位置且近接靶材底部。如第3圖之磁場線316所繪示，磁場在靶材306外側產生，且局部位於基材302上方。此磁場幫助限制近接靶材表面的次級電子，並增強碰撞從而增強離子化。

本發明者執行實驗，以顯示藉由使用次級微波源來輔助磁控管濺射可增加約60倍的沉積效率由於微波注入，電漿均質性亦顯著改善。

兩個靶材306上方之位於中心軸318沿線的氣體供應器312提供惰性氣體，例如，氬，的連續流，以作用如濺射劑。電漿304在近接靶材306的外部表面處形成。靶材材料的薄膜形成在位於靶材306下方的基材302上。基材302可偏壓以吸引離子，以在基材302上形成薄膜。

第4圖提供另一具有兩個旋轉靶材的配置400，其中兩個旋轉靶材406實質上相對於同軸微波源(天線)410對稱地放置。兩個磁控管414位於兩個旋轉靶材406的每一個內側。兩個磁控管414從垂直中心軸418以一角度傾斜，並位在相對中心軸418之實質上對稱的位置。磁場線416顯示磁場向下延伸並位於靶材406外側。電位422可存在於兩個磁控管之間，並可因此進一步增強離子化。氣體供應線412在靶材406上方位於中心軸420上。電漿404在靶材406外側和基材402上方產生。

第5圖顯示具有一個旋轉靶材506和磁控管514的不同配置500。類似於第4圖，天線510在靶材506外側位於中心軸518上。兩個磁控管514實質上相對中心軸518對稱地放置在靶材506內側。磁場線516顯示磁場向下延伸並位於靶材506外側。電位520可存在於兩個磁控管之間，以進一步增加離子化。氣體供應線512位於中心軸518上。電漿504形成在靶材506外側。第6圖顯示配置600，其類似於第5圖所示的配置500，除了磁控管是位於靶材606外側。

3.用於維持電漿放電之濺射陰極與條件

對包含金屬，例如，鋁、銅、鈦或鉭，的靶材而言，可施加直流電壓至靶材，致使靶材作用如陰極且基材作用如陽極。直流電壓將幫助加速自由電子。自由電子與濺射劑，例如，來自氬氣的氬(Ar)原子，碰撞，導致氬原子的激發與離子化。Ar的激發導致氣體輝光。Ar的離子化產生Ar⁺ 和次級電子。次級電子重複激發和離子化製程，以維持電漿放電。

在近接陰極處，由於電子因為較小質量而比離子移動得更為快速，正電荷因而積聚。因此，較少電子與Ar碰撞，以致與高能電子之較少碰撞導致大多數離子化而非激發。陰極暗區(電漿鞘)，亦稱為克魯克斯暗區，形成在近接陰極處。進入暗區的正離子朝陰極或靶材加速並轟擊靶材，以致從靶材敲出原子，然後傳輸至基材。同樣地，產生次級電子以維持電漿放電。如果陰極至陽極間的距離小於暗區，則幾乎不發生激發，且無法維持放電。另一方面，如果腔室中的Ar壓力太低，則會有較大的電子平均自由路徑，以致次級電子將在與Ar原子碰撞前到達陽極。在此情況下，亦無法維持放電。因此，一維持電漿的條件為：

L*P>0.5(cm-torr)

其中L為電極間隔，且P為腔室壓力。舉例來說，如果靶材和基材間的間隔為10 cm，則P必須大於50 mTorr。

氣體中之原子的平均自由路徑λ由下列給定：

λ(cm)~5x10^-3 /P(Torr)

如果P為50 mTorr，則λ約為0.1 cm。此意指濺射原子或離子在到達基材前典型具有數百次碰撞。此顯著降低沉積率。事實上，濺射率R與腔室壓力和靶材與基材間的間隔成反比。因此，降低用於維持放電所需的腔室壓力會增加沉積率。

以近接濺射陰極的次級微波源，濺射系統允許以較低壓力、較低電壓和可能較高的沉積率使陰極運行。藉由降低操作電壓，原子或離子具有較低能量，以致減少對基材的損壞。以來自微波輔助之高電漿密度和較低能量的電漿，高沉積率可和基材的較少損壞一起達成。

再次參照第1至6圖，靶材106、206、306、406、506和606可以介電材料，例如，氧化矽、氧化鋁或氧化鈦，製成。可施加交流、射頻或脈衝功率至靶材，以加速自由電子。

4.示範的微波輔助旋轉濺射沉積

第7圖繪示微波輔助旋轉濺射沉積系統700的簡化示意橫剖面圖。該系統可用來實行本發明的實施例。系統700包含真空腔室748；兩個旋轉靶材716；同軸微波天線710，其放置在兩個靶材716之間；磁控管714；基材支撐構件724；真空幫浦系統726；控制器728；氣體供應系統740；及屏蔽754，其用於保護腔室壁和基材支撐構件724的側邊免於濺射沉積。下列參考，亦即，美國專利第6,620,296 B2號、美國專利申請公報第US 2007/0045103 A1號和美國專利申請公報第US 2003/0209422 A1號，在此引用作為應用材料及其他公司所使用之示範的物理氣相沉積(PVD)磁控管濺射系統。每一前述專利之整體內容為所有目的併入於此以供參照。靶材7l6包含介電材料或金屬，其沉積在基材720上以形成薄膜718。靶材716配置為旋轉，以最大化靶材材料的利用。靶材716的典型結構為可拆卸地插入濺射系統700中。假定PVD製程侵蝕掉每一靶材的欲沉積材料，靶材716週期性地以新靶材置換。

直流電源738和高頻或脈衝電源732兩者透過一裝置耦合至靶材716。該裝置可為開關736。開關736選擇來自直流電源738或來自交流、射頻或脈衝電源732之任一者的功率。相對負的電壓源738提供數百伏的直流陰極電壓。特定的陰極電壓隨著設計而改變。由於靶材可作用如負電荷粒子的來源，亦可將靶材當作陰極。那些熟悉此技術者將了解有許多可用於切換直流和射頻功率的方式將實現該功能。此外，在某些實施例中，有利的是讓直流和射頻功率兩者同時耦合至靶材。

除了微波輔助之外，濺射率可進一步使用如第7圖所繪示之磁控管來增加。磁控管714的位置通常接近靶材716，舉例來說，如第7圖所示位於靶材內側。磁控管714具有相反的磁鐵(S、N)，以用於在腔室內部於磁控管714附近產生磁場。磁場為了電中性而限制次級電子，以便離子密度增加，以在腔室內部鄰近磁控管714形成高密度電漿750。磁控管714相對靶材716的中心軸靜止，以在靶材716的濺射期間達成完全涵蓋。磁控管714可具有變化的尺寸、位置和一些形狀，以用於控制電漿離子化的程度。磁控管714可具有任何形狀，特別是橢圓形、三角形、圓形和平坦腎形。磁控管714亦可具有不平衡的設計，亦即，外極的磁通量大於內極所產生的磁通量。此處提供數個參考，例如，針對平坦腎形磁控管之美國專利第5,242,566號、針對三角形外極之美國專利第6,306,265號、針對不同形狀磁控管之美國專利第6,290,825號。每一前述專利皆為所有目的併入於此以供參照。

同軸微波天線710可遭受脈衝或連續功率752，以輻射微波。微波輸入能量至電漿中將電漿加熱，以增強離子化，從而增加電漿密度。同軸微波天線710可包含複數同軸微波天線。在某些實施例中，同軸天線710的長度可上達近乎3 m。同軸微波天線710的一個實施態樣為提供鄰近濺射陰極或靶材716的均質放電。此將允許基材720上方之大面積的均勻沉積。

為了控制在基材720上沉積濺射層718的目的，基材720可以耦合至基材支撐構件724的射頻功率730偏壓，基材支撐構件724設置在靶材716下方的中心並與之隔開，其通常位於屏蔽754的內部空間中。偏壓功率可具有典型13.56 MHz的頻率，或更一般地介於400 kHz至約500 MHz之間。支撐構件導電，且通常耦合至地或至另一相對正的參考電壓，以便在靶材716和支撐構件724之間定義另一電場。基材720可為晶圓，例如，矽晶圓，或聚合物基材。在濺射期間，依特定應用所需，可將基材720加熱或冷卻。電源762可提供電流給嵌入基材支撐構件724且通常當作基座之電阻加熱器764，從而加熱基材720。可控冷卻器760可循環冷卻水或其他冷卻劑至形成在基座中的冷卻槽道。希望薄膜718的沉積在基材720的整個頂表面各處是均勻的。

真空幫浦726可抽泵腔室748至非常低的基礎壓力，其範圍為10^-8 Torr。透過質量流量控制器742連接至腔室748的氣源740供應惰性氣體，例如，氬(Ar)、氦(He)、氙(Xe)及/或其組合。氣體可如第7圖所繪示般在靶材716上方接近腔室頂部，或在腔室中間(未顯示)介於基材720和靶材716之間流入腔室。腔室內側的氣體壓力典型維持在0.2 mTorr和100 mTorr之間。

微處理器控制器728控制質量流量控制器742、高頻電源732、直流電源738、微波電源752、偏壓電源730、電阻加熱器764和冷卻器760。控制器728可包含，舉例來說，記憶體，例如，隨機存取記憶體；唯讀記憶體；硬碟；軟碟；或任何其他形式的數位儲存，局部或遠端；以及插卡框架，其耦合至通用電腦處理器(CPU)。控制器在儲存於硬碟上之電腦程式的控制下或透過其他，例如，儲存在可移磁碟上，的電腦程式操作。電腦程式指定，舉例來說，時序、氣體混合、施加在靶材上的直流或射頻功率、用於基材的偏壓射頻功率、至微波源的脈衝功率或連續功率、基材溫度和特定製程的其他參數。

5.示範的沉積製程

為了說明的目的，第8圖提供一製程流程圖，其可用來在基材上形成薄膜。首先，在方塊804，將一濺射靶材裝載至一處理腔室中。在方塊806，將一同軸微波天線放置在濺射靶材內側以產生微波。在方塊808，以一功率源施加一電壓至一濺射陰極靶材。功率源為直流、交流、射頻或脈衝功率的至少一個。在方塊810，微波功率可，舉例來說，藉由使用脈衝功率或連續功率的電源來調變。接著，在方塊812，使氣體，例如，濺射劑，流入處理腔室。

載氣可作用如濺射劑。舉例來說，可以H₂ 流，或以惰性氣體流，包含He流或甚至較重的惰性氣體，例如，Ar，流來提供載氣。不同載氣所提供的濺射層級與其原子質量逆相關。流有時可提供多個氣體，例如，提供H₂ 流和He流兩者，其在處理腔室中混合。替代地，多個氣體有時可用來提供載氣，例如，當提供H₂ /He流至處理腔室中時。

如方塊814所指示，電漿藉由濺射陰極從氣體形成，並進一步藉由頻率範圍從1 GHz至10 GHz，舉例來說，通常為2.45 GHz(波長12.24 cm)，的微波來增強。此外，當功率需求不是那麼臨界時，常使用5.8 GHz的較高頻率。使用較高頻率源的好處在於其具有比2.45 GHz之較低頻率源更小的尺寸(約一半尺寸)。

在某些實施例中，電漿可為高密度電漿，其具有超過10¹² 離子/cm³ 的離子密度。同樣地，在某些實例中，沉積特性可受到施加電偏壓至基材的影響。這一類偏壓的應用導致電漿的離子物種受吸引至基材，有時導致增加的濺射。在某些實施例中，處理腔室內部的環境亦可以其他方式調整，例如，控制處理腔室內部的壓力、控制氣體流速以及其進入處理腔室的地方、控制用來產生電漿的功率、控制用來偏壓基材的功率等。在定義用於處理特定基材的條件下，材料因而如方塊816所指示般沉積在基材上方。

6.示範的同軸微波源和特徵結構

第9A圖顯示一簡化系統的圖，其包含平面同軸微波源902，其由4個同軸微波線源910組成；基材904；同軸功率提供器908；及阻抗匹配矩形波導906。同軸微波線源可藉由使用導電電漿置換外部導電層而從同軸電纜形成。沿著同軸微波線源的微波傳播藉由將電磁波能量轉換為加熱電漿而經歷高衰減。

同軸電纜為導電電纜，其包含實質上圓形的內部導電中心電線，其由介電質間隔物然後是外部圓柱形導電層所圍繞。電磁場實質上可存在於內部導電中心電線和外部圓柱形導電層之間的介電質間隔物中。

在同軸微波線源910中，微波以橫向電磁(TEM)模式輻射至腔室中，其中軸向或縱向沿線沒有電場或磁場。此與波導不同，其中電磁波以橫向電(TE)或橫向磁(TM)模式傳播。在TE模式中，電場完全是橫向，但磁場具有縱向分量。另一方面，在TM模式中，磁場完全是橫向，但電場具有縱向分量。

一包含具有高耐熱性和低介電損耗之介電材料，例如，石英或氧化鋁，的管作用如波導和真空腔室之間的介面。介於介電層和波導之間，使用氣體，例如，空氣或氮，來維持一大氣壓，以幫助冷卻波導。微波可透過介電材料洩漏，並在處理腔室中點燃電漿放電。

第9B圖顯示由8個平行同軸微波線源組成之平面同軸微波源的光學影像。在某些實施例中，每一同軸微波線的長度可上達近乎3 m。

典型地，微波電漿線的均勻性約為+/- 15%。本發明者已執行實驗驗證，以動態陣列配置可在1 m² 上達成近乎＋/- 1.5%的均質性，而以靜態陣列配置可在1 m² 上達成2%的均質性。此均質性可進一步改善至在大面積上低於+/- 1%。

此外，當電漿密度增加至超過2.2x10¹¹ 離子/cm³ 時，電漿密度隨著增加的微波功率開始飽和。此飽和的原因在於一旦電漿密度變得稠密，則微波輻射會反射更多。由於在可用微波源中受限的功率，具有任何本質長度的微波電漿線源無法達到最佳的電漿條件，亦即，非常稠密的電漿。進入磁控管的脈衝微波功率容許遠比連續微波更高的峰值能量進入天線，以致可接近最佳電漿條件。

第10圖顯示說明假設脈衝微波具有與連續微波相同的平均功率，脈衝微波高於連續微波之改善電漿效率的圖。須注意連續微波導致較少解離，如氮自由基N₂ +對中性N₂ 的比率所測量般。使用脈衝微波功率可達成使電漿效率增加31%。

雖然上文為本發明之特定實施例的完整敘述，可使用不同的修改、變化與替代。此外，其他用於改變沉積參數的技術可與同軸微波源共同使用。可行變化的範例包含，但不受限於，旋轉靶材輔以具有或不具有磁控管之同軸微波天線的不同配置；不同形狀的磁控管；至靶材的直流、射頻或脈衝功率；線性或平面微波源；至微波源的脈衝或連續功率；用於基材的射頻偏壓條件；基材溫度；沉積壓力；及惰性氣體的流速等。

截至目前已敘述數個實施例，那些熟悉此技術者將了解不同的修改、替代結構、及同等物可在不偏離本發明精神的情況下使用。此外，若干已為人所熟知的製程及元件並未敘述以避免不必要地混淆本發明。因此，上文之敘述不應視為本發明範圍之限制。

100．．．微波輔助旋轉濺射沈積系統

102．．．基材

104．．．電漿

106．．．靶材

110．．．天線

112．．．氣體供應器

118．．．中心軸

200．．．配置

202．．．基材

204．．．電漿

206．．．靶材

210．．．天線

212．．．氣體供應器

218．．．中心軸

300．．．配置

302．．．基材

304．．．電漿

306．．．靶材

310．．．天線

312．．．氣體供應器

314．．．磁控管

316．．．磁場線

318．．．中心軸

400．．．配置

402．．．基材

404．．．電漿

406．．．靶材

410．．．天線

412．．．氣體供應器

414．．．磁控管

416．．．磁場線

418．．．垂直中心軸

420．．．中心軸

422．．．電位

500．．．配置

502．．．基材

504．．．電漿

506．．．靶材

510．．．天線

512．．．氣體供應器

514．．．磁控管

516．．．磁場線

518．．．中心軸

520．．．電位

600．．．配置

602．．．基材

604．．．電漿

606．．．靶材

610．．．天線

612．．．氣體供應器

614．．．磁控管

616．．．磁場線

618．．．中心軸

622．．．電位

700．．．微波輔助旋轉濺射沉積系統

710．．．同軸微波天線

714．．．磁控管

716．．．靶材

718．．．薄膜

720．．．基材

724．．．基材支撐構件

726．．．真空幫浦系統

728．．．控制器

730．．．偏壓電源

732．．．高頻電源

736．．．開關

738．．．直流電源

740．．．氣體供應系統

742．．．質量流量控制器

748．．．真空腔室

750．．．電漿

752．．．微波電源

754．．．屏蔽

760．．．可控冷卻器

762．．．電源

764．．．電阻加熱器

804．．．方塊

806．．．方塊

808．．．方塊

810．．．方塊

812．．．方塊

814．．．方塊

816．．．方塊

902．．．平面同軸微波源

904．．．基材

906．．．阻抗匹配矩形波導

908．．．同軸功率提供器

910．．．同軸微波線源

第1圖說明在旋轉靶材外側具有同軸微波源之微波輔助旋轉濺射沉積的簡化圖。

第2圖顯示在旋轉靶材外側具有同軸微波源之微波輔助旋轉濺射沉積之雙重配置的簡化圖。

第3圖顯示具有兩個旋轉靶材以及在每一靶材內側具有一磁控管之微波輔助旋轉磁控管濺射沉積的配置簡化圖。

第4圖繪示具有兩個旋轉靶材以及在每一靶材內側具有兩個磁控管之微波輔助旋轉磁控管濺射沉積的替代圖。

第5圖提供在靶材外側具有一微波源以及在靶材內側具有兩個磁控管之微波輔助旋轉磁控管濺射沉積的配置。

第6圖繪示同軸微波輔助旋轉磁控管濺射沉積的不同簡化圖，其中微波源和磁控管位於靶材外側。

第7圖為一示範的簡化微波輔助旋轉PVD沉積系統。

第8圖為一流程圖，其說明在基材上形成薄膜之簡化的沉積步驟。

第9A圖提供由4個同軸微波線源組成之平面電漿源的簡化圖。

第9B圖提供由8個平行同軸微波電漿源組成之平面微波源的光學影像。

第10圖顯示當與連續微波功率相比時，使用脈衝微波功率改善電漿效率的圖。