TWI682045B - 反應性濺鍍裝置及使用此裝置之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法 - Google Patents

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Abstract

包括：成膜室(11)；基板保持器(12)，其設置於該成膜室中，並保持成膜之基板S；減壓機(13)，其將該成膜室減壓至預定壓力；放電氣體導入機(15)，其將放電氣體導入至該成膜室中；複數個濺鍍電極(18、19)，其分別包括作為成膜材料之靶材(T1、T2)，並對向至一個的該基板；直流電源(20)，其供給電力至該等複數個濺鍍電極；複數個脈波轉換開關(22、23)，其連接於該直流電源與該等複數個濺鍍電極之間，並將施加至各濺鍍電極的直流電壓轉換為脈波電壓；可程式傳送器(24)，其可程式化根據供給至該等複數個濺鍍電極之各電力的脈衝產生控制訊號樣式，並根據該程式化控制該等複數個脈波轉換開關之各者；以及脈衝反應氣體導入機(17)，其基於來自該電力控制器的脈衝產生控制訊號樣式，控制自該反應氣體導入機至該成膜室的反應氣體導入。

Description

反應性濺鍍裝置及使用此裝置之複合金屬化合物或混合 膜的成膜方法
本發明係關於反應性濺鍍裝置及使用此裝置之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法。
作為此種反應性濺鍍裝置，已知複合金屬化合物的薄膜形成裝置(專利文獻1)，其包括：成膜程序室，其藉由濺鍍至少二種以上之不同金屬所組成的各靶材，而在基板上形成金屬或金屬之不完全反應物所組成的超薄膜；電漿產生手段，其產生電漿；多孔網格或多縫網格，其配置於該電漿產生手段與將該超薄膜轉換為金屬化合物的反應程序室之間；反應程序室，其將通過該網格而選擇性地導入的反應性氣體之活性種照射至在該成膜程序室中形成的超薄膜，使該超薄膜與反應性氣體之活性種反應而轉換為金屬化合物；及分離手段，其藉由遮蔽板而空間性地且壓力性地分離該反應程序室與該成膜程序室。根據此RAS(Radical Assisted Sputter)型反應性濺鍍裝置，可在基板上形成預期膜厚的複合金屬之化合物薄膜，並可在構成複合金屬之化合物薄膜的各種金屬之單一化合物固有的光學折射率的範圍內獲得任一折射率。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本專利第3735461號公報
儘管如此，使用二種以上之不同金屬所組成的靶材而生成複合金屬化合物膜的上述習知成膜裝置，由於其構成為在圓筒狀之基板保持器上保持複數個基板的狀態下旋轉該基板保持器，濺鍍區域的通過時間及電漿區域的通過時間係唯一取決於成膜裝置的構造，且無法獨立控制濺鍍區域的通過時間及電漿區域的通過時間。因此，為了任意設定複合金屬化合物膜的組成，需要獨立控制供給至複數個濺鍍電極的電力等，因而每個電極皆需要濺鍍電源。
此外，上述習知成膜裝置，由於其構成為在圓筒狀之基板保持器上保持基板的狀態下旋轉該基板保持器，超薄膜的堆疊順序亦唯一取決於成膜裝置的構造，無法輕易變更。另外，儘管提高旋轉體的旋轉數有利於維持超薄膜的厚度，但需要大額定值的驅動馬達。另外，由於構成為在圓筒狀之基板保持器上保持基板，圓筒狀之基板保持器的內部成為無用空間，不僅成膜室變大，亦需要大額定值的真空泵。
本發明所欲解決之問題為提供可任意設定複合金屬化合物膜或混合膜的組成的反應性濺鍍裝置及使用此裝置之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法。
本發明在直流電源與複數個濺鍍電極之間對應複數個濺鍍電極設置將直流電壓轉換為脈波電壓的脈波轉換開關，經由任意建立之程式化產生矩形波的訊號產生器控制運作的脈波轉換開關與反應氣體導入開關及反應所需時間，藉此適當地設定供給至各濺鍍電極的電力及反應氣體導入時序，以解決上述問題。
根據本發明，可提供可藉由直流電源任意設定複合金屬化合物膜或混合膜的組成的反應性濺鍍裝置及使用此裝置之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法。
1‧‧‧反應性濺鍍裝置
11‧‧‧成膜室
12‧‧‧基板保持器
13‧‧‧減壓機
14‧‧‧導氣閥
15‧‧‧放電氣體導入機
16‧‧‧反應氣體導入機
17‧‧‧脈衝反應氣體導入機
18‧‧‧第1濺鍍電極
19‧‧‧第2濺鍍電極
20‧‧‧直流電源
21‧‧‧偏壓直流電源
22‧‧‧第1脈波轉換開關
23‧‧‧第2脈波轉換開關
24‧‧‧可程式傳送器
25‧‧‧裝置控制器
26‧‧‧成膜控制器
27‧‧‧第3濺鍍電極
28‧‧‧第4濺鍍電極
201‧‧‧第1直流電源
202‧‧‧第2直流電源
211‧‧‧第1偏壓直流電源
212‧‧‧第2偏壓直流電源
C1‧‧‧中心軸
C2‧‧‧中心軸
O‧‧‧中心
Pt1‧‧‧時間
Pt2‧‧‧時間
Pt3‧‧‧時間
Pt4‧‧‧時間
Pt5‧‧‧時間
S‧‧‧基板
t1‧‧‧時間
t2‧‧‧時間
T1‧‧‧第1靶材
T2‧‧‧第2靶材
T3‧‧‧第3靶材
T4‧‧‧第4靶材
θ 1‧‧‧角度
θ 2‧‧‧角度
〔圖1〕係表示根據本發明之反應性濺鍍裝置之一實施型態的方塊圖；〔圖2A〕係表示由圖1之可程式傳送器24、第1脈波轉換開關22、或第2脈波轉換開關23生成之電壓脈波之一例的電壓一時間圖；〔圖2B〕係表示在設置偏壓直流電源21的情況下由圖1之可程式傳送器24、第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23生成之電壓脈波之其他例的電壓一時間圖；〔圖3A〕係表示根據本發明之反應性濺鍍裝置之其他實施型態的主要部分方塊圖；〔圖3B〕係表示根據本發明之反應性濺鍍裝置之再其他實施型態的主要部分方塊圖；〔圖4A〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第1例的時間圖；〔圖4B〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第2例的時間圖；〔圖4C〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第3例的時間圖；〔圖4D〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第4例的時間圖； 〔圖4E〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第5例的時間圖；〔圖4F〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第6例的時間圖；〔圖5〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第7例的時間圖；〔圖6A〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第8例的時間圖；〔圖6B〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第9例的時間圖；〔圖6C〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第10例的時間圖；〔圖6D〕係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置之成膜方法之第11例的時間圖；〔圖7A〕係表示根據本發明之反應性濺鍍裝置之其他實施型態的主要部分方塊圖；及〔圖7B〕係表示圖7之反應性濺鍍裝置之電氣系統的方塊圖。
〔反應性濺鍍裝置〕
以下基於圖式說明本發明的實施型態。圖1係表示本發明之反應性濺鍍裝置之一實施型態的方塊圖。本實施型態之反應性濺鍍裝置1包括實質上形成密閉空間的成膜室11，該成膜室11中設置保持成膜之基板S的基板保持器12以及各自包括作為成膜材料之靶材(本例中係第1靶材T1及第2靶材T2)並對向至一個基板S的複數個濺鍍電極(本例中係第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19)。此外，成膜 室11中設置將該成膜室11減壓至預定壓力的減壓機13、控制由減壓機13減壓之成膜室11之壓力的導氣閥(conductance valve)14、將放電氣體導入至成膜室11中的放電氣體導入機15、將反應氣體導入至成膜室11中的反應氣體導入機16、及控制反應氣體導入機16之反應氣體量的脈衝反應氣體導入機17。
本實施型態之反應性濺鍍裝置1包括供給電力至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的一個直流電源20。此外，本實施型態之反應性濺鍍裝置1包括在直流電源20與第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19之間並聯連接、將施加至第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19之直流電壓轉換為脈波電壓的複數個脈波轉換開關(本例中係第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23)。另外，本實施型態之反應性濺鍍裝置1包括可程式傳送器(programmable transmitter)24、裝置控制器25、及成膜控制器26。可程式傳送器24，可程式化根據供給至第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19之各電力的脈衝產生控制訊號樣式，並在根據該程式化控制第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23之各者的同時，控制脈衝反應氣體導入機17。裝置控制器25控制減壓機13、導氣閥14、放電氣體導入機15、及反應氣體導入機16。成膜控制器26整合反應性濺鍍裝置1整體的控制。以下說明各構成組件。
基板保持器12係形成為平板狀，並設置於成膜室11中，作為成膜對象的基板S係載置於基板保持器12之上表面。此外對應於成膜時需要加熱基板S的情況，可在基板保持器12上設置加熱基板S的加熱器。雖然在圖1中省略圖示，但裝載鎖閉(load lock)室透過閘閥(gate valve)連貫地連接至成膜室11的一側壁，通過打開閘閥將基板S藉由裝載機構等從裝載鎖閉室投入並載置於基板保持器12的上表面。此外，使用裝載機構將結束成膜之基板S從基板保持器12搬出至裝載鎖閉室。本實施型態之反應性濺鍍裝置1，對1枚基板S進行濺鍍成膜，稱為枚葉式反應性濺鍍裝置。但是，本發明之反應性濺鍍裝置1並非限定為枚葉式， 亦可以是將複數個基板S投入至成膜室11並處理者。此外，本例之基板保持器12可包括基板S在旋轉機構或上下機構與裝載鎖閉室之間出入之際用於提高作業性的升降機構，該旋轉機構或上下機構係用於提高針對基板S的成膜品質(膜厚及組成比)的均一性。
第1濺鍍電極18在前端面保持作為成膜材料的第1靶材T1，第1靶材T1的表面係設置為面對載置於基板保持器12的基板S。同樣地，第2濺鍍電極19在前端面保持作為成膜材料的第2靶材T2，第2靶材T2的表面係設置為面對載置於基板保持器12的基板S。本實施型態之反應性濺鍍裝置1中，雖然相對基板S的一個面設置2個濺鍍電極18、19，但本發明之反應性濺鍍裝置並非限定為僅2個濺鍍電極18、19，亦可相對基板S的一個面設置3個以上的濺鍍電極。
此外，在將複數個濺鍍電極面對基板S設置的情況下，雖然並非全部靶材的表面皆與基板S的表面平行，但考慮到成膜控制的容易性，各濺鍍電極較佳設置為相對於基板S之表面係均勻分布或對稱的配置。圖1所示的2個第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19中，第1濺鍍電極18的中心軸C1及第2濺鍍電極19的中心軸C2係設置為朝向基板S的中心O，且其各自形成的角度θ1、θ2為均等。
減壓機13包含在濺鍍處理時用於使成膜室11到達可進行濺鍍之壓力的排氣口、排氣管、及排氣泵(真空泵)。由於濺鍍處理在例如數Pa~數十Pa之減壓(真空)大氣下進行，減壓機13排氣以使成膜室11成為此種程度之減壓(真空)狀態。此外，若成膜結束則停止減壓機13，藉由打開設置於該減壓機13的閥可使成膜室11返回常壓。
放電氣體導入機15包含用於將放電氣體(濺鍍處理中放出與靶材碰撞之電子的氣體)供給至成膜室11中的導入口、導入管、流量調節閥及泵。對於放電氣體雖然並未特別限定，但使用例如氬氣等的惰性氣體。
反應氣體導入機16，在進行反應性濺鍍處理之情況下使用，並包 含用於將反應氣體導入至成膜室11中的導入口、導入管、流量調節閥及泵。此外，脈衝反應氣體導入機17，藉由ON/OFF控制反應氣體導入機16的流量調節閥，來控制導入至成膜室11中之反應氣體的導入時序與導入量。在濺鍍作為成膜物質之金屬氧化膜或金屬氮化膜的情況下，氧氣或氮氣從反應氣體導入機16導入至成膜室11。另外，在不進行反應性濺鍍處理之情況下，可控制脈衝反應氣體導入機17以停止反應氣體導入機16導入反應氣體。
直流電源20在本實施型態之反應性濺鍍裝置1中僅設置一個。直流電源20係相對接地之基板S將-500V~-數kV之直流電壓施加至靶材以放電者，藉此放出電子以使陽離子化之氬氣(放電氣體)之一部分與靶材碰撞來撞出該靶材原子而該靶材原子堆積至基板S上。
特別是本實施型態之直流電源20與第1濺鍍電極18之間的電力供給線上係設置第1脈波轉換開關22，而直流電源20與第2濺鍍電極19之間的電力供給線上係設置第2脈波轉換開關23。這些第1脈波轉換開關22與第2脈波轉換開關23，由於相對於直流電源20並列連接，而分別施加與直流電源20相同的電壓。第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23，由將來自直流電源20之直流電壓轉換為脈波電壓的開關元件組成，可使用得以承受數kV之高電壓的開關元件，例如MOSFET、IGBT等的功率電晶體等。
第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23係藉由可程式傳送器24而分別獨立控制。意即，可程式傳送器24將根據供給至第1電極18及第2電極19之各電力值的脈衝產生控制訊號的樣式輸出至第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23之各者，並進行ON/OFF控制。圖2A係表示由圖1之可程式傳送器24、第1脈波轉換開關22、或第2脈波轉換開關23生成之電壓脈波之一例的電壓一時間圖。例如，如圖2A之電壓一時間圖所示，可程式傳送器24可任意地程式化控制訊號的樣式，該控制訊號包含使第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23之 各者ON/OFF的頻率1/T及工作比t/T。另外，由於可不顧重複之波形而產生時間軸上的波形，可進行單發現象下的程式化。另外，可程式傳送器24，包括調整單元之內部週期之開始時序的功能，由於輸出至第1脈波轉換開關22的控制訊號樣式與輸出至第2脈波轉換開關22的控制訊號樣式係以相同之時脈生成，保持高精確度的同步性。
另外，如圖1所示，+50V程度(較佳為+100V以下)的偏壓直流電源21係連接至第1脈波轉換開關22的第1濺鍍電極18側電路及第2脈波轉換開關23的第2濺鍍電極19側電路。圖2B係表示在設置偏壓直流電源21的情況下由圖1之可程式傳送器24、第1脈波轉換開關22、及第2脈波轉換開關23生成之電壓脈波之其他例的電壓一時間圖。藉由設置正的偏壓直流電源21，如圖2B的電壓一時間圖所示，第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23係OFF時，將反轉電壓(+)施加至第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19。濺鍍處理中，靶材內部的內含物或附著於表面的雜質係局部地帶電+電位，與施加至-電位的靶材或濺鍍電極之間會產生電弧。因此，如圖2B所示，第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23係OFF時，藉由產生反轉電壓脈波，可主動地去除(中和)+電位的帶電，可抑制電弧的產生。
裝置控制器25，基於來自成膜控制器26的控制訊號，控制減壓機13、導氣閥14、放電氣體導入機15、反應氣體導入機16，並協同可程式傳送器24所進行的脈衝反應氣體導入機17之控制，來控制成膜室11的減壓、放電氣體及反應氣體導入至成膜室11的導入時序。具體的使用例將於後述，但作為一例，在將電力供給至第1濺鍍電極18及/或第2濺鍍電極19的期間，控制放電氣體導入機15以將氬氣等的惰性氣體從放電氣體導入機15導入至成膜室11，同時，在不將電力供給至第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19的期間，控制反應氣體導入機16以將氧或氮等的反應氣體從脈衝反應氣體導入機17導入至成膜室11。
另外，在圖1所示之實施型態中，雖然僅對於基板S的單面設置2個濺鍍電極18、19，但如圖7A及圖7B所示，基板保持器12以露出基板S前後兩面之成膜部分的方式保持該基板S，且前端面保持第3靶材T3的第3濺鍍電極27與前端面保持第4靶材T4的第4濺鍍電極28，係以第3靶材T3及第4靶材T4之各表面面對保持於基板保持器12之基板S之背面的方式，設置在基板保持器12的下側。在此情況下，雖未特別限定，但如圖7B所示，在第1直流電源201與第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19之間的電力供給線上設置第1脈波轉換開關22，並在第2直流電源202與第3濺鍍電極27及第4濺鍍電極28之間的電力供給線上設置第2脈波轉換開關23。然後，可程式傳送器24係構成為，將根據供給至第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19之電力的脈衝產生控制訊號的樣式輸出至第1脈波轉換開關22，將根據供給至第3濺鍍電極27及第4濺鍍電極28之電力值的脈衝產生控制訊號的樣式輸出至第2脈波轉換開關22，並控制ON/OFF。
另外，上述各實施型態中，設置於各濺鍍電極之各靶材(第1靶材T1、第2靶材T2、第3靶材T3、及第4靶材T4)可以是各自不同的成膜用材料，可以是一部分不同的成膜材料，亦可以是全部相同的成膜材料。
此外，根據本發明之反應性濺鍍裝置1，並非限定為圖1所示的一個直流電源20，亦可設置複數個直流電源20。圖3A係表示根據本發明之反應性濺鍍裝置之其他實施型態的主要部分方塊圖，圖3B係表示根據本發明之反應性濺鍍裝置之再其他實施型態的主要部分方塊圖。圖3A所示的實施型態係一例，其中，相對2個濺鍍電極(第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19)分別設置第1直流電源201及第2直流電源202，同時，相對2個脈波轉換開關(第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23)分別設置第1偏壓直流電源211及第2偏壓直流電源212。此外，圖3B所示的實施型態係一例，其中，相對2個濺鍍電極(第1濺鍍電極18及第2濺鍍電極19)分別設置第1直流電源201及第2直流電源202，同時，相對2 個脈波轉換開關(第1脈波轉換開關22及第2脈波轉換開關23)之各者設置一個偏壓直流電源21。
〔使用反應性濺鍍裝置之成膜方法〕
當使用像這樣的本實施型態之反應性濺鍍裝置1時，可進行各種成膜型態下的濺鍍處理。圖4A~圖6D係表示根據本發明之使用反應性濺鍍裝置1之成膜方法之例的時間圖，1週期(1循環)係表示為成膜製程的單位。圖中係在可程式傳送器24中程式化的脈衝產生控制訊號樣式(圖之縱軸表示ON/OFF，橫軸表示時間)，分別是：上圖表示對於第1濺鍍電極18的施加脈衝，中圖表示對於第2濺鍍電極19的施加脈衝，下圖表示對於脈衝反應氣體導入機17的施加脈衝。無論哪種成膜方法，皆是藉由將預期的反應氣體從反應氣體導入機16導入至成膜室11來形成金屬氧化膜或金屬氮化膜等之複合金屬化合物膜或混合膜的例子。
〔第1例〕
圖4A所示之成膜方法，對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜之後，對第2濺鍍電極19施加預定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜，接著經過時間t1之後，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應達預定時間Pt3。然後，重複此循環直到達到目標膜厚為止。在此情況下，可將供給至第1濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。
〔第2例〕
圖4B所示之成膜方法，對第2濺鍍電極19施加預定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜之後，對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜，接著經過時間t1之後，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應達預定時間Pt3。然後，重複此循環 直到達到目標膜厚為止。此為與上述第1例之第1靶材T1與第2靶材T2之積層順序相反的例子。在此情況下，可將供給至第1濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。
〔第3例〕
圖4C所示之成膜方法，對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜之後，對第2濺鍍電極19施加預定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜，接著經過時間t2(>t1)之後，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應達預定時間Pt3。然後，重複此循環直到達到目標膜厚為止。相較於上述第1例，此為拉長從形成第2靶材T2之超薄膜到導入反應氣體的時間t2的例子。在此情況下，可將供給至第1濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。此外，相較於上述第1例，亦可縮短從形成第2靶材T2之超薄膜到導入反應氣體的時間。
〔第4例〕
圖4D所示之成膜方法，對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜的途中，對第2濺鍍電極19施加預定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜，接著經過時間t1之後，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應達預定時間Pt3。然後，重複此循環直到達到目標膜厚為止。相較於上述第1例，此例係在結束形成第1靶材T1之超薄膜之前開始第2靶材T2之超薄膜的形成，且第1靶材之超薄膜與第2靶材T2之超薄膜係部分重疊。在此情況下，可將供給至第1濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。此外，從形成第2靶材T2之超薄膜到導入反應氣體的 時間t1可設定為如第1例或第3例的適當時間。
〔第5例〕
圖4E所示之成膜方法，開始對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜的同時，開始對第2濺鍍電極19施加預定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜，並在結束形成出自第1靶材T1的超薄膜之前結束形成出自第2靶材T2的超薄膜。接著經過時間t1之後，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應達預定時間Pt3。然後，重複此循環直到達到目標膜厚為止。相較於上述第4例，此例係在第1靶材T1之超薄膜的形成當中開始及結束形成第2靶材T2之超薄膜，且第1靶材之超薄膜與第2靶材T2之超薄膜係全部重疊。在此情況下，可將供給至第1濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。此外，從形成第2靶材T2之超薄膜到導入反應氣體的時間t1可設定為如第1例或第3例的適當時間。
〔第6例〕
圖4F所示之成膜方法，對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜的期間，開始對第2濺鍍電極19施加預定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜，並在結束形成出自第1靶材T1的超薄膜之前結束形成出自第2靶材T2的超薄膜。圖示之例中，執行2次預定時間寬度Pt2之脈衝。接著經過時間t1之後，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應達預定時間Pt3。然後，重複此循環直到達到目標膜厚為止。相較於上述第4例，此例係在第1靶材T1之超薄膜的形成當中開始及結束形成第2靶材T2之超薄膜，且第1靶材之超薄膜與第2靶材T2之超薄膜係全部重疊。在此情況下，關於對第2濺鍍電極19施加的時間寬度Pt2，第1次的預定時間寬度與第2次的預定時間寬度可設定為相同值，亦可設定為不同值。此外，可將供給至第1 濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。此外，從形成第2靶材T2之超薄膜到導入反應氣體的時間t1可設定為如第1例或第3例的適當時間。
〔第7例〕
圖5所示之成膜方法，對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜之後，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的出自第1靶材T1的超薄膜進行反應達預定時間Pt3。接著，對第2濺鍍電極19施加預定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜之後，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的出自第2靶材T2的超薄膜進行反應達預定時間Pt4。然後，重複此循環直到達到目標膜厚為止。在此情況下，可將供給至第1濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。此外，從形成第1靶材T2之超薄膜到第1次導入反應氣體的時間t1及從形成第2靶材T2之超薄膜到第2次導入反應氣體的時間t2可設定為如第1例或第3例的適當時間。再者，第1次導入反應氣體的預定時間Pt3與第2次導入反應氣體的預定時間Pt4，可設定為相同值，亦可設定為不同值。
〔第8例〕
圖6A所示之成膜方法，開始對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜的幾乎同時，開始對第2濺鍍電極19施加預定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜，並在結束形成出自第1靶材T1的超薄膜之前結束形成出自第2靶材T2的超薄膜。在此期間，藉由將反應氣體間歇地導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應達預定時間Pt3及Pt4。接著經過時間t1之後，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應達預定時間Pt5。然後，重複此循環直到達到目標膜厚為止。相較於 上述第5例，此例係在第1靶材T1之超薄膜的形成當中開始及結束第2靶材T2之超薄膜的形成，並在第1靶材之超薄膜與第2靶材T2之超薄膜全部重疊的期間，第1次及第2次導入反應氣體，且在第1靶材之超薄膜與第2靶材T2之超薄膜變成半反應狀態(遷移模式)之後，藉由第3次的反應氣體的導入而進行完全反應。在此情況下，可將供給至第1濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。此外，從形成第1靶材T1之超薄膜到導入反應氣體的時間t1可設定為如第1例或第3例的適當時間。
〔第9例〕
圖6B所示之成膜方法，在成膜製程之1循環的全部時間Pt1中，對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜，同時，同樣在成膜製程之1循環的全部時間Pt3中，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應。在此期間，複數次且等間隔地對第2濺鍍電極19施加預定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜。然後，重複此循環直到達到目標膜厚為止。相較於上述各例，此例藉由在第1靶材T1之超薄膜的反應當中形成第2靶材T2之超薄膜，使第1靶材之超薄膜及第2靶材T2之超薄膜進行反應。在此情況下，可將供給至第1濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。
〔第10例〕
圖6C所示之成膜方法，在成膜製程之1循環的前半時間Pt1中，對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜，同時，在成膜製程之1循環的全部時間Pt3中，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應。在此期間，複數次且等間隔地對第2濺鍍電極19施加預 定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜。然後，重複此循環直到達到目標膜厚為止。相較於上述第9例，此例藉由將第1靶材T1之超薄膜的反應限定於1循環的前半中，而增加第2靶材T2之超薄膜相對於第1靶材T1之超薄膜的比率。在此情況下，可將供給至第1濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。
〔第11例〕
圖6D所示之成膜方法，在成膜製程之1循環的後半時間Pt1中，對第1濺鍍電極18施加預定時間寬度Pt1之脈衝以形成出自第1靶材T1的超薄膜，同時，在成膜製程之1循環的全部時間Pt3中，藉由將反應氣體導入至成膜室11，使形成於基板S的超薄膜進行反應。在此期間，複數次且等間隔地對第2濺鍍電極19施加預定時間寬度Pt2之脈衝以形成出自第2靶材T2的超薄膜。然後，重複此循環直到達到目標膜厚為止。相較於上述第9例，此例藉由將第1靶材T1之超薄膜的反應限定於1循環的後半中，而減少第2靶材T2之超薄膜相對於第1靶材T1之超薄膜的比率。在此情況下，可將供給至第1濺鍍電極18的電力與供給至第2濺鍍電極19的電力設定為相同值，亦可將供給至第1濺鍍電極18與第2濺鍍電極19的電力設定為不同值。
如上所述，根據本實施型態之反應性濺鍍裝置1，將複數個濺鍍電極18、19的靶材T1、T2對向基板S，並且，藉由至各脈波轉換開關22、23的控制訊號樣式來控制供給至各濺鍍電極18、19的電力，因而可獨立控制出自複數個靶材T1、T2的成膜。然後，此獨立控制，藉由設定至可程式傳送器24的控制訊號樣式的程式化，可實現任意的獨立控制。因此，藉由僅重安排程式化，可自由地設定目的複合金屬化合物膜的膜厚、組成、堆疊順序等。
意即，根據本實施型態之反應性濺鍍裝置1，將來自直流電源20 的電力脈衝化亦為電弧作用的對策，但在以來自可程式傳送器24之「Hi」訊號將電力施加至濺鍍電極的情況下，藉由控制每單位時間中自可程式傳送器24輸出之「Hi」訊號的時間，可控制成膜速度。可程式傳送器24，不只可以任意地設定濺鍍順序、濺鍍速度(成膜速度)、及暫停時間，對於習知成膜裝置中所使用的機械性地旋轉圓筒狀之基板保持器的方式中僅可以數十msec為單位控制者，還可能以數μsec等級控制，因此，可實現原子層單位下之積層等精細控制。
此外，根據本實施型態之反應性濺鍍裝置1，由於在平板狀之基板保持器12保持基板S，不會像習知技術一樣在成膜室11中形成無用的空間，可小型化地構成反應性濺鍍裝置1的同時亦可縮小減壓機13的額定值。此外，放電氣體及反應氣體的使用量亦可降低。
此外，根據本實施型態之反應性濺鍍裝置1，不僅可以與習知技術中引用的RAS型反應性濺鍍裝置相同地重複不完全金屬濺鍍與反應程序以實現反應氣體大氣中的反應濺鍍，亦可實現使用可程式傳送器24的複合金屬化合物或混合物的成膜。
再者，根據本實施型態之反應性濺鍍裝置1，除了可以控制成膜速度，藉由調整成膜循環中來自可程式傳送器24之「Hi」訊號的時間，還可控制超薄膜的膜厚。來自可程式傳送器24之「Hi」訊號的時間的調整，可藉由以可程式傳送器24調整工作比、調整成膜循環內可程式傳送器24的脈衝濺鍍時間、或組合並調整上述來實現。
1‧‧‧反應性濺鍍裝置
11‧‧‧成膜室
12‧‧‧基板保持器
13‧‧‧減壓機
14‧‧‧導氣閥
15‧‧‧放電氣體導入機
16‧‧‧反應氣體導入機
17‧‧‧脈衝反應氣體導入機
18‧‧‧第1濺鍍電極
19‧‧‧第2濺鍍電極
20‧‧‧直流電源
21‧‧‧偏壓直流電源
22‧‧‧第1脈波轉換開關
23‧‧‧第2脈波轉換開關
24‧‧‧可程式傳送器
25‧‧‧裝置控制器
26‧‧‧成膜控制器
27‧‧‧第3濺鍍電極
28‧‧‧第4濺鍍電極
201‧‧‧第1直流電源
202‧‧‧第2直流電源
211‧‧‧第1偏壓直流電源
212‧‧‧第2偏壓直流電源
C1‧‧‧中心軸
C2‧‧‧中心軸
O‧‧‧中心

Claims (13)

  1. 一種反應性濺鍍裝置，其包括：成膜室；基板保持器，其設置於該成膜室中，並保持成膜之基板；減壓機，其將該成膜室減壓至預定壓力；放電氣體導入機，其將放電氣體導入至該成膜室中；複數個濺鍍電極，其分別包括作為成膜材料之靶材，並對向至一個的該基板；反應氣體導入機，其將反應氣體導入至該成膜室中；直流電源，其供給電力至該等複數個濺鍍電極；複數個脈波轉換開關，其連接於該直流電源與該等複數個濺鍍電極之間，並將施加至各濺鍍電極的直流電壓轉換為脈波電壓；可程式傳送器，其可程式化根據供給至該等複數個濺鍍電極之各電力的脈衝產生控制訊號樣式，並根據程式化之脈衝產生控制訊號樣式控制該等複數個脈波轉換開關之各者；反應氣體導入開關，其基於來自該可程式傳送器的脈衝產生控制訊號樣式，控制自該反應氣體導入機至該成膜室的反應氣體導入；以及偏壓直流電源，其將偏壓電壓施加至該脈波轉換開關的濺鍍電極側。
  2. 如申請專利範圍第1項之反應性濺鍍裝置，其中該直流電源僅設置1個。
  3. 如申請專利範圍第1項之反應性濺鍍裝置，其中該基板保持器為平板狀之基板保持器。
  4. 如申請專利範圍第1項之反應性濺鍍裝置，其中該基板保持器包含將該基板加熱至預定溫度的加熱器。
  5. 一種複合金屬化合物或混合膜的成膜方法，其使用反應性濺鍍裝置，其中該反應性濺鍍裝置包括：成膜室；基板保持器，其設置於該成膜室中，並保持成膜之基板；減壓機，其將該成膜室減壓至預定壓力；放電氣體導入機，其將放電氣體導入至該成膜室中；複數個濺鍍電極，其分別包括作為成膜材料之靶材，並對向至一個的該基板；反應氣體導入機，其將反應氣體導入至該成膜室中；直流電源，其供給電力至該等複數個濺鍍電極；複數個脈波轉換開關，其連接於該直流電源與該等複數個濺鍍電極之間，並將施加至各濺鍍電極的直流電壓轉換為脈波電壓；可程式傳送器，其可程式化根據供給至該等複數個濺鍍電極之各電力的脈衝產生控制訊號樣式，並根據程式化之脈衝產生控制訊號樣式控制該等複數個脈波轉換開關之各者；及反應氣體導入開關，其基於來自該可程式傳送器的脈衝產生控制訊號樣式，控制自該反應氣體導入機至該成膜室的反應氣體導入；其中該複合金屬化合物或混合膜的成膜方法至少包括：第1製程，其在將放電氣體導入至該成膜室的狀態下，將由該程式化設定的第1濺鍍電力供給至該等複數個濺鍍電極其中一濺鍍電極，並在該基板形成該一濺鍍電極之靶材的金屬薄膜；第2製程，其在將放電氣體導入至該成膜室的狀態下，將由該程式化設定的第2濺鍍電力供給至該等複數個濺鍍電極其中另一濺鍍電極，並在該基板形成該另一濺鍍電極之靶材的金屬薄膜；及 第3製程，其在將由該程式化設定的第1濺鍍電力供給至該等複數個濺鍍電極的狀態、將由該程式化設定的第2濺鍍電力供給至該等複數個濺鍍電極的狀態、及未將由該程式化設定的濺鍍電力供給至該等複數個濺鍍電極的狀態其中至少一狀態中，將反應氣體導入至該成膜室。
  6. 如申請專利範圍第5項之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法，其中在成膜製程的1週期中，在結束該第1製程之後實施該第2製程，並在結束該第2製程之後實施該第3製程。
  7. 如申請專利範圍第5項之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法，其中在成膜製程的1週期中，在開始該第1製程之後而結束該第1製程之前開始該第2製程，在結束該第1製程之後結束該第2製程，並在結束該第2製程之後實施該第3製程。
  8. 如申請專利範圍第5項之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法，其中在成膜製程的1週期中，在實施該第1製程的期間實施一或複數個該第2製程，並在結束該第1製程之後實施該第3製程。
  9. 如申請專利範圍第5項之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法，其中在成膜製程的1週期中，在結束該第1製程之後實施該第3製程，在結束該第3製程之後實施該第2製程，並在結束該第2製程之後實施該第3製程。
  10. 如申請專利範圍第5項之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法，其中在成膜製程的1週期中，在實施該第1製程的期間一或複數次地實施該第2製程，在實施該第1製程或該第2製程的期間一或複數次地實施該第3製程，並在結束該第1製程及該第2製程之後實施該第3製程。
  11. 如申請專利範圍第5項之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法，其中在成膜製程的1週期的全部時間中實施該第3製程，並在實施該第3製程的期間全部或僅一部分時間地實施該第1製程且複數次地實施該第2製程。
  12. 如申請專利範圍第11項之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法，其中在實施該第3製程的前半或後半期間之任一者實施該第1製程。
  13. 如申請專利範圍第5項之複合金屬化合物或混合膜的成膜方法，其中在將該基板加熱至預定溫度的狀態下進行成膜處理。
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