使用螺旋自谐振线圈的电离物理汽相沉积装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一个有螺旋自谐振线圈的电离物理汽相沉积（ＩＰＶＤ）装置。ＩＰＶＤ装置包括一个处理腔，内有基体保持器支撑处理的基体；一个沉积材料源，面朝基体保持器，向处理腔内提供沉积在基体上的材料；一个气体喷射单元，朝处理腔内喷射处理气体；一个偏压电源，向基体保持器施加偏置电压；一个螺旋自谐振线圈，在处理腔内产生电离沉积材料的等离子体，其一端是接地的，另一端电开放；和一个射频发生器，提供射频电力给螺旋自谐振线圈。使用螺旋自谐振线圈使得ＩＰＶＤ装置能够在非常低的真空室压力－如接近０．１ｍＴｏｒｒ下激发和操作，并更有效的产生比常规ＩＰＶＤ装置更高浓度的等离子体。相应的，可以获得很高的沉积材料电离效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一个用于电离物理汽相沉积的装置，更确切的说，是一个用螺旋自谐振线圈进行电离物理汽相沉积的装置。
技术介绍
已经有各种类型的制造半导体器件和平面显示板的晶片微细加工系统在使用。其中，物理汽相沉积(PVD)系统是在制造半导体器件和平面显示板的晶片的表面上沉积预定材料薄膜领域内应用最广的一个。PVD系统的例子包括磁控溅射装置，E射线蒸发器系统和热蒸发系统。在常规的PVD系统中，大部分从标靶材料上射出并且沉积在基体上的颗粒，比如原子或者原子团，带电是中性的。因此，这些沉积在基体上的颗粒的结构不密集使得沉积的薄膜质量不合格，并且薄膜的表面不平整。为了解决这个问题，尝试一种加热基体到预定温度的方法，但是当基体由一些耐热性很低的材料比如玻璃构成，加热基体不是一个合适的解决方法。为了改善常规PVD系统的这些缺陷，开发了电离物理汽相沉积(IPVD)系统。IPVD系统能够用等离子体电离从标靶材料上射出的颗粒，并通过对基体施加偏置电压加速这些离子。从而，人所共知，IPVD系统具有提供出众的薄膜质量和平面度的优点。图1所示是一个在美国专利6117279中作为常规IPVD装置例子展示的磁控溅射装置的框图。参见图1，常规的磁控溅射装置有一个围绕着等离子处理空间11的真空室12。支持晶片15的基体保持器14放置在真空室12下部，阴极组件17放置在真空室12上部。真空室12内部靠真空泵39保持预定的真空状态。处理气体源40通过气流控制设备41将处理气体注入真空室12。阴极组件17包括磁体76，由沉积材料组成的标靶16，和标靶保持器18，其中标靶16面向晶片15间隔一定距离放置在标靶保持器18上。给标靶16供电的直流电源21通过射频过滤器22和阴极组件17相连。通过匹配网络25，可选的射频电源24和阴极组件17相连。同样，提供偏压电源27通过匹配网络28和基体保持器14相连，该偏压电源27给晶片15提供电力。射频线圈30围绕着真空室12，并且给线圈30提供电力的射频电源32通过匹配网络28和射频线圈30相连。射频线圈30靠给真空室12的上部空间26提供电力产生感应耦合等离子体。产生的等离子体将从标靶16上射出的沉积材料颗粒电离。电离出的沉积材料颗粒加速飞向施加了偏压电压的晶片15，并在晶片15的表面上形成高质量的薄膜。绝缘窗60用于密封产生等离子体的真空室12的上部空间26，其放置在射频线圈30的内部。在空间26和绝缘窗60之间放置罩70，该罩用于阻止绝缘窗60的表面被从标靶16上射出的沉积材料堆积覆盖。常规的IPVD装置通过上述结构，使用由射频线圈即一个非谐振线圈产生的感应耦合等离子体来电离沉积材料。然而，非谐振线圈可以在1mTorr到几十mTorr的压力范围内激发等离子体，但在低于这个范围的压强下，它几乎不能激发等离子体。另外，有一个缺点，由射频线圈产生的等离子体对沉积材料的电离率不够理想，因为非谐振线圈产生高浓度的等离子体是有一定限度的。美国专利5903106揭示了一个有一静电屏蔽件的等离子发生装置。该控制和等离子体耦合的电磁能量的静电屏蔽件有多个开孔，通过这个。然而，当静电屏蔽件用在IPVD装置上时，沉积材料可能朝绕着静电屏蔽件的线圈射出，或者形成线圈的材料可能通过上述开孔射在基体上。根据前述方面，IPVD装置开发的核心技术是在非常低的压力下，使等离子源能够产生高浓度的等离子。
技术实现思路
为了解决上面的和其他的常规问题，本专利技术提供了一个有螺旋自谐振线圈的电离物理汽相沉积(IPVD)装置，该线圈能够在非常低的压力下高效的产生高浓度等离子体。根据本专利技术的一方面，提供一个电离物理汽相沉积(IPVD)装置，包括一个处理腔，该处理腔有一个基体保持器，可以支承被处理的基体；一个沉积材料源，向处理腔内提供沉积到基体上的材料，该材料源面向基体保持器；一个气体喷射单元，将处理气体喷射到处理腔内；一个偏压电源，给基体保持器提供偏置电压；一个螺旋自谐振线圈，在处理腔内为电离沉积材料产生等离子体，该螺旋自谐振线圈一端接地，一端电开路；一个射频发生器，提供射频电力给螺旋自谐振线圈。根据本专利技术的一方面，螺旋自谐振线圈放在处理腔内并且会靠近处理腔的内缘缠绕。根据本专利技术的一方面，射频发生器包括一个直流电源；一个谐振放大器，直流电源提供触发脉冲给谐振放大器，并且谐振放大器放大该触发脉冲并输出到螺旋自谐振线圈中。根据本专利技术的一方面，本装置还包括从谐振放大器中得到输出的第一分接头，放置在螺旋自谐振线圈的任意一点上；将谐振放大器的部分输出正反馈回到谐振放大器的第二分接头，设置在第一分接头和接地端之间。根据本专利技术的一方面，第一分接头和第二分接头是可以分别沿着螺旋自谐振线圈运动的。根据本专利技术的一方面，改变脉冲电源、脉冲持续时间和脉冲间隔中的至少一个来控制等离子体的浓度和沉积材料的电离率。根据本专利技术的一方面，螺旋自谐振线圈以一致的直径缠绕。根据本专利技术的一方面，螺旋自谐振线圈是锥型形状；其直径向着基体保持器逐渐增加。根据本专利技术的一方面，一个环形的激发电极连接到螺旋自谐振线圈的开端，并放置在处理腔内。根据本专利技术的一方面，处理腔内搁置了一个浮动的屏蔽件，阻止激发电极和处理腔之间放电。根据本专利技术的一方面，浮动屏蔽件是圆柱形的，并且绕着基体保持器。根据本专利技术的一方面，气体喷射装置包括一个气体源；一个环形的气体喷射器，该喷射器有多个朝处理腔内开启的喷嘴，并放置在处理腔上。根据本专利技术的一方面，偏压电源是通过匹配网络和基体保持器相连的。根据本专利技术的一方面，该装置还包括一个法拉第屏蔽件，用于控制和等离子体耦合的电磁能量，该屏蔽放在螺旋自谐振线圈内。根据本专利技术的一方面，上述的法拉第屏蔽件包括一个内屏蔽件，绕着产生等离子体的空间，内屏蔽件上有多个内缝，还有一个外屏蔽件绕着内屏蔽件，外屏蔽件上有多个外缝，内缝和外缝相互交错放置。根据本专利技术的一方面，该装置还包括多个沿着处理腔的外缘放置的磁体，这些磁体以一个预定的相等的距离间隔开来。根据本专利技术的一方面，上述磁体是永久磁体。根据本专利技术的一方面，上述处理腔包括一个下腔；一个放在下腔上的上腔，上腔可从下腔上拆卸下来。根据本专利技术的一方面，基体保持器放在下腔内，螺旋自谐振线圈放在上腔内。根据本专利技术的一方面，沉积材料源包括一个放在处理腔上的阴极组件，该阴极组件包括一个标靶保持器；一个朝着基体保持器附着在标靶保持器的前端面上由沉积材料组成的标靶；一个多个磁体放在标靶保持器的后面；一个阴极电源，给连接在阴极组件上的标靶提供负电压。根据本专利技术的一方面，阴极电源是直流电源。根据本专利技术的一方面，该直流电源通过射频过滤器和阴极组件电连接。根据本专利技术的另一方面，电离物理汽相沉积装置包括一个处理腔，包括一个下腔和一个放在下腔上的上腔；一个支持被处理基体的基体保持器，安装在下腔内；一个阴极组件包括一个标靶保持器，放置在上腔上；一个提供沉积在基体上的沉积材料的标靶，朝着基体保持器附着在标靶保持器的前端面上；一个多个磁体，放置在标靶保持器的后面，一个阴极电源，给连接在阴极组件上的标靶提供负电压；一个气体喷射单元，喷射处理的气体到处理腔内；一个偏压电源，向基体保持器提供偏压电源；一个螺旋自谐振线圈，在处理腔内产生电离沉积材料的等离子体，其一端是接地的，另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个电离物理汽相沉积装置（ＩＰＶＤ），包括：一个处理腔，内有基体保持器支撑处理的基体；一个沉积材料源，向处理腔内提供沉积在基体上的材料，面朝基体保持器；一个气体喷射单元，朝处理腔内喷射处理气体；一个偏压电源， 向基体保持器施加偏置电压；一个螺旋自谐振线圈，为处理腔内沉积材料的电离产生等离子体，其一端接地，另一端电开放；一个射频发生器，向螺旋自谐振线圈提供射频电力。

【技术特征摘要】
KR 2003-11-17 81098/031.一个电离物理汽相沉积装置(IPVD)，包括一个处理腔，内有基体保持器支撑处理的基体；一个沉积材料源，向处理腔内提供沉积在基体上的材料，面朝基体保持器；一个气体喷射单元，朝处理腔内喷射处理气体；一个偏压电源，向基体保持器施加偏置电压；一个螺旋自谐振线圈，为处理腔内沉积材料的电离产生等离子体，其一端接地，另一端电开放；一个射频发生器，向螺旋自谐振线圈提供射频电力。2.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中螺旋自谐振线圈放置在处理腔内，并靠近处理腔的内缘缠绕。3.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中的射频发生器包括一个直流电源；一个谐振放大器，其中直流电源向谐振放大器提供触发脉冲，所述谐振放大器将触发脉冲放大并向螺旋自谐振线圈输出。4.如权利要求3所述的电离物理汽相沉积装置，其中还包括一个第一分接头，放置在螺旋自谐振线圈的任意一点，所述谐振放大器的一输出向其施加；一个第二分接头，放在第一分接头和接地端之间，将谐振放大器的部分输出正反馈到所述谐振放大器中。5.如权利要求4所述的电离物理汽相沉积装置，其中第一分接头和第二分接头分别沿着螺旋自谐振线圈移动。6.如权利要求4所述的电离物理汽相沉积装置，其中改变脉冲电压，脉冲持续时间和脉冲周期中的至少一个，以控制等离子体浓度和沉积材料的电离速率。7.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中螺旋自谐振线圈以一致的直径缠绕。8.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中螺旋自谐振线圈是锥型的，其直径朝着基体保持器逐渐增加。9.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中环形的激发电极和螺旋自谐振线圈的开端相连，并且放置在处理腔内。10.如权利要求9所述的电离物理汽相沉积装置，阻止激发电极和处理腔之间放电的悬浮屏蔽件放置在处理腔内。11.如权利要求10所述的电离物理汽相沉积装置，其中，所述悬浮屏蔽件是圆柱形的，并且绕着基体保持器。12.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述气体喷射装置包括一个气体源；一个环形气体喷射器，其上有多个气体分配孔，朝着处理腔内部开启，并放置在处理腔内。13.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述偏压电源是通过匹配网络和基体保持器电连接的。14.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中还包括了一个法拉第屏蔽件，控制和等离子体耦合的电磁能量，该法拉第屏蔽件放置在螺旋自谐振线圈内。15.如权利要求14所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述法拉第屏蔽件包括一个内屏蔽件，绕着产生等离子体的空间，内屏蔽件上有多个内缝，还有一个外屏蔽件绕着所述内屏蔽件，外屏蔽件上有多个外缝，内缝和外缝相互交错放置。16.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中还包括多个沿着处理腔外缘放置的磁体，这些磁体以预定的相等的间隔分开放置。17.如权利要求16所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述的磁体是永久磁体。18.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述处理腔包括一个下腔；一个放置在下腔上的上腔，其中上腔可以从下腔拆卸。19.如权利要求18所述的电离物理汽相沉积装置，其中所述基体保持器放在下腔内，螺旋自谐振线圈放在上腔内。20.如权利要求1所述的电离物理汽相沉积装置，其中沉积材料源包括一个阴极组件，其包括放在处理腔内...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤里N托尔马切夫，马东俊，瑟格里Y纳瓦拉，金大一，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]