溅射沉积的方法和设备技术

一种溅射沉积系统的反应离子源。该反应离子源包括：电驱动天线、外壳、入口以及外壳的出口，其中天线具有基本上细长的形状，外壳至少部分地围绕天线，入口用于将反应气体供应到外壳中，出口配置为使得反应离子能够穿过该出口。天线配置为将电磁场施加到反应气体，使得形成包括反应离子的等离子体。形成包括反应离子的等离子体。形成包括反应离子的等离子体。

【技术实现步骤摘要】
溅射沉积的方法和设备


[0001]本专利技术涉及一种反应溅射沉积，并且更具体地，涉及使用远程产生的等离子体将靶材料反应溅射沉积至表面的方法和设备。

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。沉积的例子是薄膜沉积，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。薄膜沉积的一种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，该蒸气然后被冷凝到基底表面上。PVD的一种示例是溅射沉积，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。由等离子体的离子对靶的轰击喷射出靶材料，其然后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，其在于可以不需要加热靶材料而沉积靶材料，这可以继而减少或防止对基底的热损伤。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，在接近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。反应溅射涉及在反应气体存在的情况下执行溅射沉积。本文中的反应气体限定为作为产生反应离子的沉积工艺的一部分而被电离的气体，当该气体行进穿过腔室和/或沉积到基底上时，其与溅射材料反应。
[0003]替代地，一些已知的方法使用反应离子源，其提供预电离的材料进入腔室。然而，这些方法中没有一种能够在沉积腔室中提供特别致密的或局部化的反应离子体积。希望提供一种反应离子源，其能够提供非常致密的、局部化的离子区域/几何形状，以允许提高反应溅射沉积系统的工业应用中的产出量和膜质量。
[0004]WO2011131921公开了一种溅射沉积设备，在该设备中，密度为10
11
cm
‑3的均匀等离子体由细长的气体等离子体源与靶分开地产生。该源被讨论为可选地用于反应溅射。在WO2011131921中，等离子体在与等离子体沉积系统的气氛分开的气氛中产生，并且需要在等离子体腔室内有显著的电磁设备，以便在等离子体腔室的容积中对等离子体进行成形并限制。希望提供一种反应离子源，其能够在等离子体腔室的容积内生成等离子体，其不需要分立的腔室。还希望提供一种反应离子源，其能够提供高密度的反应离子到等离子体腔室内的位置，而不需要显著的电磁设备以在等离子体腔室内限制等离子体。
[0005]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溅射沉积系统的改善的反应离子源。替代地或附加地，本专利技术寻求提供一种在表面上沉积或以其他方式制造材料层的改善方法。替代地或附加地，本专利技术寻求提供一种在基底上形成电解质层的改善方法。本专利技术还涉及根据这样的方法制造的固态电池组半电池(solid state battery half
‑
cell)、固态电池组电池(solid state battery cell)和固态电池组。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术的第一方面，提供一种离子源，例如在溅射沉积系统中生成反应离子的离子源。该离子源包括电驱动天线。在示例中，天线具有基本上细长形状。在示例中，离子源包括外壳，例如至少部分围绕天线的外壳。离子源包括入口，用于供应反应气体，例如进入外壳。离子源包括出口，其配置为使得反应离子穿过该出口，例如从外壳。天线配置为将电磁场施加到反应气体，以形成包括反应离子的等离子体。
[0007]在示例中，细长天线可以是这样意义上的细长，即天线的对产生等离子体起积极贡献的部分具有沿一轴线的最大尺寸(即“长度”或“横截面长度”)的三维占用空间，该(长度)尺寸是关于任何正交轴线截取的最大尺寸(例如宽度)的至少两倍，并且优选地至少三倍。例如，细长天线可以相对地细长且扁平，使得其长度是其宽度的三倍以上，且可选地是其深度的五倍以上(可能十倍以上)。天线的横截面长尺寸可以超过400mm，可选地长度为1000mm。横截面长尺寸可以在长度上不超过1000cm。
[0008]根据本专利技术的第二方面，提供了一种溅射沉积系统的反应离子源，包括：
[0009]电驱动天线，其中该天线具有基本上细长的形状，
[0010]外壳，其至少部分地围绕天线，
[0011]入口，用于将反应气体供应到外壳中，以及
[0012]从外壳的出口，配置为使得反应离子能够穿过该出口，其中，天线配置为将电磁场施加到反应气体，使得形成包括反应离子的等离子体。
[0013]为了防止疑问，以下陈述涉及本专利技术的第一和第二方面的反应离子源。
[0014]反应离子源可以适于置于溅射沉积腔室中。反应离子源可以具有紧凑设计。
[0015]术语“反应气体”和“反应离子”对本领域技术人员来说是众所周知的。反应气体指的是一旦被电离就产生反应离子的气体。反应气体在其气体形式下(例如，双原子气体形式)可以不是特别活泼，但是一旦被电离就可以非常活泼。
[0016]等离子体天线可以是基本上细长的形状，并且可以在具有一段长度的方向上延伸。天线或其一部分可以具有一段。该段天线可以具有总体上在单个方向上延伸的形状。
[0017]该段天线可以在第一和第二位置之间、在基本上线性的方向上延伸(例如，在总体上笔直的线上延伸)。等离子体天线可以具有一个或多个笔直部段。例如，可以包括第一笔直部段和第二笔直部段(其可选地平行于第一部段或者与第一部段在相同的总体方向上延伸)，使得在使用中，存在位于第一和第二笔直部段之间的等离子体产生区域。
[0018]天线包括电导体，例如铜。在示例中，天线可以被认为是这样的电导体，例如某种形式的线或管。在其他示例中，电导体包括其他材料。等离子体天线可以是铜天线。等离子体天线可以被封闭在管壳体中，例如石英管。
[0019]等离子体天线可以部分地是管状的，这可以例如有助于在使用期间冷却天线。
[0020]等离子体天线能够接收至少1kV，可选地至少2kV以及可选地5kV的电压。等离子体天线可以由RF电源供电。
[0021]天线可以以至少1MHz的频率，以及可选地以13.56MHz的频率，或者以13.56MHz的倍数的频率驱动。天线可以在比13.56MHz更低的频率下驱动；例如，天线可以以1MHz到10MHz的范围内的频率驱动。
[0022]在示例中，可以使用等离子体天线的彼此横向间隔开的(以及例如彼此平行的)至
少两段来产生等离子体。等离子体天线的两段可以由公共的RF电流源驱动，和/或可以彼此电耦合。
[0023]将会理解，在使用中，等离子体天线或者其一个或多个部分配置为(即通常是应用射频(RF)电源的结果)激发气体介质，由此产生等离子体，例如沿着天线的长度形成等离子体。这样的等离子体可以例如在天线所位于的外壳中产生。在示例中，等离子体可以在外壳内沿着天线的整个长度产生。替代地或附加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溅射沉积系统的反应离子源，包括：电驱动天线，其中，所述天线具有基本上细长的形状；外壳，所述外壳至少部分地围绕所述天线；入口，用于将反应气体供应到所述外壳中；以及所述外壳的出口，配置成使得反应离子能够穿过所述出口，其中，所天线配置为将电磁场施加到所述反应气体，使得形成包括反应离子的等离子体。2.根据权利要求1所述的反应离子源，其中，所述出口包括基本上细长的形状。3.根据权利要求1所述的反应离子源，其中，所述出口包括孔，所述孔配置为被供应电荷。4.根据权利要求1所述的反应离子源，其中，所述外壳配置为被供应正电荷。5.根据权利要求1所述的反应离子源，其中，在使用中，所述等离子体产生并维持在其周围的气体介质中。6.根据权利要求1所述的反应离子源，其中，所述入口流体连接到反应气体的源。7.根据前述权利要求中任一项所述的反应离子源，其中，所述天线包括导电屏蔽构件。8.根据前述权利要求中任一项所述的反应离子源，其中，铁磁或亚铁磁聚焦构件布置成部分地围绕天线的一段。9.根据权利要求1所述的反应离子源，其中，所述反应离子源还包括一个或多个磁体，所述一个或多个磁体与所述天线分离地设置。10.根据权利要求1所述的反应离子源，其中，所述反应离子源还包括可旋转的安装装置，使得所述反应离子源能够可旋转地安装在溅射沉积系统内。11.根据权利要求1所述的反应离子源，其中，所述反应离子源在使用中具有至少70％的电离效率。12.一种制造材料层的方法，所述方法包括：在溅射沉积腔室的气体介质中，远离一个或多个材料溅射靶，从根据前述权利要求中任一项所述的反应离子源...

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