溅射沉积设备及方法技术

一种溅射沉积设备，用于将溅射材料从溅射靶溅射到基底上。该溅射沉积设备包括包含多个螺旋等离子体源的螺旋等离子体源阵列。每个螺旋等离子体源包括射频(RF)天线，其布置为由电流驱动，以便产生在发射方向上远离天线传播的螺旋波，并由此在等离子体产生区域中产生等离子体。子体。子体。

【技术实现步骤摘要】
溅射沉积设备及方法


[0001]本专利技术涉及一种溅射沉积设备，并且更具体地，涉及在溅射沉积设备中的等离子体的产生。本专利技术还涉及一种溅射沉积的方法。

技术介绍

[0002]沉积是一种工艺，靶材料通过该工艺被沉积在表面上，例如基底。沉积的示例是薄膜沉积，在薄膜沉积中，薄层(通常从大约一纳米或甚至几分之一纳米到几微米或甚至几十微米)被沉积在基底上，例如硅晶片或卷材。
[0003]薄膜沉积的示例技术是物理气相沉积(PVD)，在物理气相沉积(PVD)中，处于凝聚相的靶材料被气化以生成蒸气。然后，该蒸气被冷凝到基底表面上。PVD的示例是溅射沉积，在溅射沉积中，由于被高能粒子(例如离子)轰击，粒子从溅射靶喷射出来。在溅射沉积的示例中，溅射气体，例如惰性气体，例如氩气，在低压下被引入真空腔室中，并且使用高能电子将溅射气体电离，以生成等离子体。通过等离子体的离子的轰击，粒子从溅射靶喷射出来。然后，喷射出来的粒子可以沉积在基底表面上。溅射沉积相对于其他薄膜沉积方法(例如蒸发)具有优点，其在于靶材料可以不需要加热靶而被沉积，这可以继而减少或防止对基底的热损伤。
[0004]已知的溅射沉积技术采用磁控管，在磁控管中辉光放电与磁场相结合，在靠近溅射靶的圆形区域中引起等离子体密度的增加。等离子体密度的增加可以导致沉积速率增加。然而，磁控管的使用导致溅射靶具有圆形“跑道”形状的腐蚀轮廓，这限制了溅射靶的利用，并且可以对所得沉积的均匀性产生负面影响。希望提供均匀和/或有效的溅射沉积，以允许提高工业应用中的实用性。
[0005]WO2011/131921公开了一种溅射沉积设备，其中，密度为10
11
cm
‑3的均匀等离子体通过细长的气体等离子体源与溅射靶分开地产生。这样产生的等离子体被磁性引导并限制在溅射靶的附近。这种远程产生的等离子体布置可以提供相较于磁控管布置的各种优点；例如，可以获得溅射靶的更加均匀(更少局部化)的溅射(这可以导致沉积速率显著增加)，以及在不适合产生等离子体的条件下操作和/或维持溅射靶的能力。
[0006]总的来说，溅射沉积设备中的等离子体密度越高，可以获得的沉积速率就越高。(等离子体密度也可以称为电子密度，或每单位体积的自由电子的数量)。已知的是，螺旋等离子体源具有较高的电离效率，并且因此可以产生较高的等离子体密度。总的来说，螺旋等离子体源可以生成比使用电感耦合等离子体(ICP)源生成的等离子体密度更高的等离子体密度。在ICP中，等离子体可以有效地将自己从外部振荡场屏蔽，并且因此可以仅经历等离子体在薄层内的表层加热。螺旋等离子体源产生螺旋波，其可以传播进入等离子体中，这可以通过波加热而激发到等离子体更大的深度。已知的是，使用螺旋等离子体源以在溅射沉积设备中产生等离子体。然而，现有技术的螺旋等离子体源通常需要圆柱形源腔室，这难以为了溅射沉积到较大基底上而进行按比例放大。特别地，在维持工艺腔室中等离子体的均匀分布的同时，难以对这种等离子体源进行按比例放大。
[0007]本专利技术寻求减轻上述问题中的一个或多个。替代地或附加地，本专利技术寻求提供一种改善的溅射沉积设备和/或溅射沉积方法。

技术实现思路

[0008]根据第一方面，本专利技术提供一种用于将溅射材料从溅射靶溅射到基底上的溅射沉积设备，该溅射沉积设备包括：工艺腔室；布置为接收基底的基底组件；布置为接收溅射靶的溅射靶组件，溅射靶组件与基底组件间隔开，溅射靶组件和基底组件之间限定沉积区；螺旋等离子体源阵列，其包括多个螺旋等离子体源，每个螺旋等离子体源包括射频(RF)天线，射频(RF)天线布置为由电流驱动以便产生螺旋波，该螺旋波远离天线在发射方向上传播，并由此产生等离子体(例如在等离子体产生区域中)。
[0009]组合多个螺旋等离子体源的输出可以允许在工艺腔室中产生相对较大区域的均匀的致密等离子体。通过调整和优化螺旋等离子体源之间的功率、角度和间距，可以提高和/或达成均匀性。使用相对较小的螺旋等离子体源的阵列以生成等离子体，而不是按比例放大一个较大的螺旋等离子体源，可以提供的优点包括：能够利用已经证明的且被充分理解的等离子体天线设计，由于相对较小的损耗而具有更高的效率，新溅射沉积设备的设计的原型制作更容易且更便宜，以及溅射沉积设备的灵活性得到提高，例如，螺旋等离子体天线可以根据应用被重新布置以优化等离子体的产生，和/或可以仅使用所有螺旋等离子体源中的子集来处理更小的基底。
[0010]由螺旋等离子体源产生的等离子体可以具有10
17
m
‑3或更高的等离子体密度。由螺旋等离子体源产生的等离子体可以具有范围在10
17
到10
19
m
‑3之间的等离子体密度。溅射沉积设备可以配置为使得，在使用中，溅射靶组件处(以及在使用中在溅射靶处)的等离子体密度为10
17
m
‑3或更高。本文中，具有10
17
m
‑3或更高的等离子体密度的等离子体可以称为高密度等离子体。
[0011]螺旋等离子体源阵列的螺旋等离子体源可以布置为共同产生等离子体片。优选地，该片是高密度等离子体片。等离子体片可以具有大致均匀的等离子体密度。等离子体片可以延伸进入沉积区。等离子体片可以延伸到溅射靶组件上方。在使用中，等离子体片优选地延伸到由溅射靶组件接收的溅射靶上方，并且与其接触。等离子体片可以具有长度、宽度和厚度，其中，长度和宽度是厚度的至少两倍、至少三倍或至少四倍。
[0012]溅射沉积设备可以配置为使得在基底组件处的等离子体密度比在溅射靶组件处的更低。因此，在使用中，在基底处的等离子体密度可以比在溅射靶处的更低。例如，在基底处可以存在等离子体，但是不是高密度等离子体。也就是说，在基底组件处(并且在使用中在基底处)的等离子体密度可以小于10
17
m
‑3。在工艺腔室的接近真空的环境中，可能难以冷却基底。因此，在基底是热敏感的和/或如果基底与高密度等离子体接触会被损坏的情况下，这种布置可以是有利的。
[0013]螺旋等离子体源每个都包括圆柱形源腔室。等离子体可以至少部分地在圆柱形源腔室中产生。螺旋等离子体源可以每个都包括单环天线、多环天线、螺旋型天线(例如部分或整体螺旋型天线)，或者名古屋III型天线。在替代实施例中，可以使用其他天线种类，例如可以使用盘旋(即炉顶)类型的天线。
[0014]螺旋等离子体源阵列可以设置在工艺腔室内部，也就是说，在容纳工艺气体(例如
氩气)的腔室的内部。溅射沉积设备可以包括外壳，该外壳布置为将天线与在等离子体产生区域中产生的等离子体电隔离。外壳可以是气密的，例如使得工艺气体不能进入该外壳。外壳的内部可以处于大气压。圆柱形源腔室可以限定进入和/或穿过外壳的孔。
[0015]在替代实施例中，螺旋等离子体源阵列设置在工艺腔室的外部。天线可以设置得靠近工艺腔室的壁，使得由天线产生的螺旋波在工艺腔室内部的等离子体产生区域中产生等离子体。每个螺旋源的圆柱形源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溅射沉积设备，用于将溅射材料从溅射靶溅射到基底上，所述溅射沉积设备包括：工艺腔室；基底组件，所述基底组件布置为接收所述基底；溅射靶组件，所述溅射靶组件布置为接收所述溅射靶，所述溅射靶组件与所述基底组件间隔开，所述溅射靶组件与所述基底组件之间限定沉积区；螺旋等离子体源阵列，所述螺旋等离子体源阵列包括多个螺旋等离子体源，每个螺旋等离子体源包括射频(RF)天线，所述射频天线布置为由电流驱动，以便产生在发射方向上远离所述天线传播的螺旋波，并由此产生等离子体。2.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述螺旋等离子体源阵列的螺旋等离子体源布置为共同产生延伸到沉积区中的等离子体片。3.根据权利要求2所述的溅射沉积设备，其中，所述螺旋等离子体源阵列在纵长方向上是细长的，并且所述等离子体片在所述纵长方向上横向延伸。4.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述螺旋等离子体源阵列包括四个或更多个螺旋等离子体源。5.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，每个螺旋等离子体源配置为产生等离子体羽流，每个羽流与邻近的羽流重叠。6.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，在所述靶组件处的等离子体密度比在所述基底组件处的等离子体密度更高。7.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述螺旋等离子体源布置为使得所述发射方向中的至少一些彼此平行。8.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述螺旋等离子体源布置为使得所述发射方向中的至少一些是会聚的。9.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，第一多个螺旋等离子体源设置在所述沉积区的第一侧，并且第二多个螺旋等离子体源设置在所述沉积区的相对的第二侧。10.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，提供给每个天线的电流能够被独立控制。11.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其中，所述天线被连接成使...

【专利技术属性】
技术研发人员：S高特，
申请(专利权)人：戴森技术有限公司，
类型：发明
国别省市：