无针孔介电薄膜制造制造技术

一种沉积介电薄膜的方法可包括以下步骤：沉积薄介电层；停止沉积介电层，以及改变腔室中的气体(如果需要)；在基板附近诱导和维持等离子体，以提供对所沉积的介电层的离子轰击；以及重复所述沉积、停止、以及诱导和维持步骤，直到沉积了所需厚度的电介质为止。这种方法的一种变体可包括以下步骤来代替所述重复步骤：沉积较低品质的厚介电层；沉积高品质的薄介电层；停止沉积介电层，以及改变腔室中的气体(如果需要)；以及在基板附近诱导和维持等离子体，以提供对所沉积的介电层的离子轰击。所述厚介电层可以比所述薄介电层更快速地沉积。

Fabrication of pinhole free dielectric film

A method of depositing a dielectric film which comprises the following steps: depositing a thin dielectric layer; deposition dielectric layer, and the change of gas in the chamber (if necessary); induction and maintenance of plasma on the substrate near to the dielectric layer to provide ion bombardment and deposition; repeat the deposition, stop and the induction and maintenance steps, until the desired thickness of the dielectric deposition so far. A variant of this method may include the following steps to replace the repeated steps: deposition of lower quality thick dielectric layer; depositing high quality thin dielectric layer; deposition dielectric layer, and the change of gas in the chamber (if necessary); and in the substrate near the induction and maintenance of plasma, ion provide a dielectric layer on the deposition of the bombardment. The thick dielectric layer can be deposited more rapidly than the thin dielectric layer.

【技术实现步骤摘要】
无针孔介电薄膜制造本申请是申请日为2012年6月14日、申请号为201280029540.1、专利技术名称为“无针孔介电薄膜制造”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求享有在2011年6月17日提交的美国临时申请第61/498,480号的权益，所述美国临时申请以引用方式全部并入本文。
本专利技术的实施方式通常涉及薄膜沉积，并且更具体来说涉及用于减少介电薄膜中针孔(pinhole)的方法和设备。
技术介绍
存在许多包括多个导电层——例如，薄膜电池(thinfilmbatteries；TFBs)和电变色(electrochromic)装置之间的介电膜的薄膜装置。关于这些装置，所述介电膜中的针孔可能会损害装置功能。例如，所述介电膜中的针孔可能会降低所述装置的击穿电压，或者更糟地还会导致各导电层之间的短路以及致使所述装置变得无效。图1图示典型的薄膜电池(thinfilmbattery；TFB)的剖面图。将TFB装置结构100所具有的阳极集电器(anodecurrentcollector)103和阴极集电器102(cathodecurrentcollector)形成在基板101上，接着形成阴极104、电解质105和阳极106；但是也可以将所述装置制造成具有颠倒次序的所述阴极、电解质和阳极。此外，可以分别沉积阴极集电器(cathodecurrentcollector；CCC)和阳极集电器(anodecurrentcollector；ACC)。例如，可以在沉积所述阴极之前沉积CCC，以及可以在沉积所述电解质之后沉积ACC。可以用封装(encapsulation)层107覆盖所述装置，以保护环境敏感层免受氧化剂影响。可参看例如N.J.Dudney，MaterialsScienceandEngineering(《材料科学与工程》)B116，(2005)245-249。应注意在图1所示的TFB装置中组成层不是按比例绘制的。在诸如图1所示的装置结构之类的典型的TFB装置结构中，所述电解质——诸如锂磷氮氧化物(LiPON)之类的介电材料——是夹在两个电极——阳极与阴极之间。用于沉积LiPON的传统方法是：在N2环境中进行对Li3PO4靶的物理气相沉积(physicalvapordeposition；PVD)射频(radiofrequency；RF)溅射。然而，由于LiPON膜中的针孔，该沉积工艺可能会导致非常显着的产率损耗(yieldloss)，并且随着在溅射期间所应用的射频功率的增加，针孔密度也会增加。一种最小化针孔的方法涉及沉积较厚的LiPON膜——通常是一到两微米厚——以及当所述阴极具有不良的表面形态时，所述LiPON的厚度可能还需要更大。然而，这对于去除针孔仍然不是完全有效的，并且由于较低的产量和所耗费材料的更昂贵开销，这会增加所述工艺步骤的成本。另一种最小化介电薄膜中针孔的方法是：在沉积期间增加基板温度，以便增加原子的表面迁移率。然而，这种方法不适用于诸如LiPON之类的材料，因为TFB需要LiPON的“非晶”相，而实质上增加LiPON的表面迁移率所需的温度导致不希望的LiPON晶化。这种方法同样也不适用于渗透阻挡(permeationbarrier)层，因为高到足以使电介质的表面迁移率增加的温度负面地影响聚合物平坦化层。此外，对于诸如渗透阻挡层(多个重复的介电层和平坦化聚合物膜)之类的薄膜结构，介电膜中的针孔可能会损害所述薄膜结构的功能。例如，所述介电膜中的针孔可能会轻易地产生贯穿渗透阻挡层的孔。无疑地，存在对可以低成本地提供具有较低针孔密度的介电薄膜的沉积工艺和设备的需求。
技术实现思路
本专利技术一般涉及针孔密度的降低和改良介电材料薄膜的表面形态。本专利技术通常可应用于真空沉积的介电薄膜、与所使用的具体真空沉积技术无关，并且还可以应用于非真空沉积的薄膜。作为具体实例，本文描述了用于溅射沉积低针孔密度的LiPON的方法，LiPON是在薄膜电化学装置(诸如电变色(electrochromic；EC)装置和TFB)中使用的电介质、电解质材料。根据本专利技术的一些实施方式，一种沉积介电薄膜的方法可包括以下步骤：沉积薄介电层；停止沉积介电层，以及改变腔室中的气体(如果需要)；在基板附近诱导和维持等离子体，以提供对所沉积的介电层的离子轰击；以及重复所述沉积、停止和诱导步骤，直到沉积了所需厚度的电介质为止。根据本专利技术的另一些实施方式，一种沉积介电薄膜的方法可包括以下步骤：沉积高品质的薄介电层；停止沉积介电层，以及改变腔室中的气体(如果需要)；在基板附近诱导和维持等离子体，以提供对所沉积的介电层的离子轰击；沉积较低品质的厚介电层；沉积高品质的薄介电层；停止沉积介电层，以及改变腔室中的气体(如果需要)；以及在基板附近诱导和维持等离子体，以提供对所沉积的介电层的离子轰击。所述厚介电层可以比所述薄介电层更快速地沉积。此外，本专利技术描述了配置用于执行上述方法的工具。附图说明在结合附图阅读本专利技术的特定实施方式的以下描述之后，本专利技术的这些及其他方面和特征将变得对本领域中的那些普通技术人员显而易见，在这些附图中：图1是薄膜电池的剖面图；图2是根据本专利技术的一些实施方式的沉积系统的示意图；图3是根据本专利技术的一些实施方式用于沉积LiPON薄膜的流程图；图4是根据本专利技术的其他实施方式用于沉积LiPON薄膜的流程图；图5A、5B和5C是根据本专利技术的一些实施方式在沉积工艺的仅等离子体部分期间去除针孔的示意图；图6是根据本专利技术的一些实施方式的薄膜沉积群集工具(clustertool)的示意图；图7是根据本专利技术的一些实施方式具有多个串联(in-line)工具的薄膜沉积系统的代表图；以及图8是根据本专利技术的一些实施方式的串联沉积工具的代表图。具体实施方式现将参照图式详细描述本专利技术的实施方式，这些实施方式提供作为本专利技术的说明性实例，以便本领域技术人员能够实践本专利技术。本文所提供的图式包括装置和装置工艺流程的代表图，这些代表图并未按比例绘制。应注意，以下图式和实例并不意图将本专利技术的范围限制为单一实施方式，而是经由互换一些或者所有所描述或图示的元件，其他实施方式也是可能的。此外，其中本专利技术的某些元件可以使用已知部件部分或完全地实施，将仅描述此类已知部件中理解本专利技术所必需的部分，并且将省略对此类已知部件的其他部分的详细描述，以免模糊本专利技术。在本说明书中，说明单一部件的实施方式不应视为限制；更确切地，本专利技术意图包括包含多个相同部件的其他实施方式，并且反之亦然，除非本文以其他方式明确地说明。此外，本申请人并不打算将本说明书或要求保护的范围中的任何术语归于罕见的或特殊的含义，除非文中明确地阐述为是罕见的或特殊的含义。此外，本专利技术包括在本文以举例方式提到的所述已知部件的现在和将来的已知的等同物。本专利技术通常可应用于减少介电薄膜中的针孔。虽然工艺的具体实例提供为用于沉积LiPON薄膜，但是本专利技术的工艺可应用于沉积其他介电薄膜，诸如SiO2、Al2O3、ZrO2、Si3N4、SiON、TiO2等。此外，虽然所述在氮环境中进行Li3PO4靶的PVDRF溅射的具体实例是设置用于LiPON，但是本专利技术的所述方法与介电薄层的具体沉积方法无关——本专利技术的用于减少针孔的方法通常可应用于真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于沉积介电薄膜的设备，包括：第一系统，所述第一系统用于：沉积薄介电层；停止沉积所述介电层，以及如果需要则改变腔室中的气体；在基板附近诱导和维持等离子体，以提供对所沉积的介电层的离子轰击；以及重复所述沉积、停止和诱导步骤，直到沉积了所需厚度的电介质为止。

【技术特征摘要】
2011.06.17 US 61/498,4801.一种用于沉积介电薄膜的设备，包括：第一系统，所述第一系统用于：沉积薄介电层；停止沉积所述介电层，以及如果需要则改变腔室中的气体；在基板附近诱导和维持等离子体，以提供对所沉积的介电层的离子轰击；以及重复所述沉积、停止和诱导步骤，直到沉积了所需厚度的电介质为止。2.如权利要求1所述的设备，进一步包括第二系统，其中在所述第二系统中进行所述沉积、停止和诱导步骤的重复。3.如权利要求1所述的设备，其中所述第一设备是群集工具。4.如权利要求1所述的设备，其中所述第一设备是串联工具。5.如权利要求4所述的设备，其中所述串联工具是卷盘到卷盘设备。6.如权利要求4或5所述的设备，进一步包括第二系统，其中在分隔的、相邻的系统中执行所述沉积和诱导步骤。7.一种用于沉积介电薄膜的设备，包括：第一系统，所述第一系统用于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：冲·蒋，秉圣·利奥·郭，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US