用于溅射沉积的方法和装置制造方法及图纸

公开了一种在表面上制造材料层的方法。该方法包括螺旋等离子体源在等离子体产生区中并且沿着等离子体产生轴线产生远离至少一个溅射靶的等离子体的步骤。螺旋等离子体源包括(a)一个或多个天线和(b)被布置成产生靠近磁体的磁场的一个或多个永磁体，该磁场沿着等离子体产生轴线并在等离子体产生区中。等离子体导致材料从溅射靶喷射。该方法包括将从溅射靶喷射的材料沉积到基底的表面上或由基底支撑的表面上以在表面上形成材料层的步骤。的表面上以在表面上形成材料层的步骤。的表面上以在表面上形成材料层的步骤。

【技术实现步骤摘要】
用于溅射沉积的方法和装置


[0001]本专利技术涉及溅射沉积，更具体地涉及使用远程产生的等离子体将靶材料溅射沉积到表面的方法和装置。

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。然而，使用磁控管导致靶的圆形“跑道”形腐蚀轮廓，这限制了靶的使用，并不利地影响得到的沉积的均匀性。期望提供均匀和/或有效的溅射沉积，以允许改进工作应用中的效用。
[0003]WO2011131921公开了一种溅射沉积装置，其中密度为10
11
cm
‑3(即10
17
m
‑3)的均匀等离子体由与靶分离的细长气体等离子体源产生。如此产生的等离子体被磁性引导并限制在靶附近。期望具有更高的等离子体密度。
[0004]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在表面上沉积或以其他方式制造材料层的改进方法。替代地或附加地，本专利技术寻求提供一种改进的等离子体反应器。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种在例如基底的表面上制造例如沉积材料层的方法。该方法包括在等离子体产生区中使用螺旋等离子体源产生等离子体。螺旋等离子体源包括一个或多个天线和一个或多个磁体，优选永磁体。存在等离子体产生轴线。该一个或多个天线可以限定等离子体产生轴线。该一个或多个磁体可以限定等离子体产生轴线。在示例中，等离子体在等离子体产生轴线的方向上或沿着等离子体产生轴线的方向发射。一个或多个永磁体布置成例如在磁体附近和在等离子体产生区中产生沿着等离子体产生轴线的磁场磁场。在示例中，磁场需要沿着等离子体产生轴线，以便以螺旋模式产生等离子体。由此产生的等离子体导致材料从一个或多个溅射靶喷射出。等离子体可以远程产生，即远离这种溅射靶。从溅射靶喷射出的材料然后可以沉积到基底的表面上或由基底支撑的表
面上。该材料可以直接沉积在该表面上，从而在原位形成晶体层。
[0006]在实施例中，一个或多个永磁体和一个或多个天线可以布置成使得等离子体产生区中的磁场相对均匀、大体恒定的场强度、具有均匀分布并且与等离子体产生轴线大体对齐的场线，并且强度足以支持螺旋波。在实施例中，永磁体足够靠近等离子体产生区，使得倾向于方便地平行且均匀分布(并且另外可能适合等离子体产生)的远场磁场线从等离子体产生区间隔开并且因此不用于或实际上不需要用于等离子体产生。相反，通过关注此类示例实施例的螺旋等离子体源的组成部分的几何形状和设置，已经发现可以设计更靠近磁体的磁场(例如近场磁场)以适合于等离子体产生，从而导致本专利技术的某些示例具有方便的小而紧凑的占地面积。
[0007]本专利技术的示例螺旋等离子体源能够以螺旋模式产生等离子体，等离子体密度为10
18
m
‑3或更大，例如不需要用于产生等离子体的笨重电磁体。这种高密度等离子体可允许有效和/或高速率溅射沉积。等离子体产生区的体积可以大于10cm3，可以可选地大于250cm3并且可以可能大于500cm3。在密度为10
18
m
‑3或更高下产生的等离子体的体积可以大于10cm3并且可以大于500cm3。可能存在密度为10
19
m
‑3，可能至少为10
20
m
‑3的等离子体体积(例如，大于10cm3并且可选地大于500cm3)。等离子体产生区中的等离子体可具有至少10
20
m
‑3的密度。
[0008]等离子体产生区内所有点处的磁通量密度可以为至少10高斯，并且可以大于25高斯。小于5高斯的磁通量密度可能不足以支持螺旋波，这可能会作为产生螺旋模式等离子体的虚拟边界。在一些示例中，等离子体产生区中的磁通量密度为至少50高斯。在一些示例例中，等离子体产生区中的磁通量密度小于250高斯。在示例中，密度至少为5x10
17
m
‑3的等离子体由平均通量密度为50
‑
100高斯，例如约65高斯的磁场支持。
[0009]上述等离子体密度可以在局部气体压力在10
‑3mBar范围内(例如，至少10
‑3mBar，但小于10
‑2mBar，可选地小于8
×
10
‑3mBar)的区域中维持。
[0010]天线可以靠近永磁体定位。天线可能距离最近的永磁体小于200毫米，可选地小于150毫米，并且可能小于100毫米。这可以允许螺旋等离子体源的紧凑设计。
[0011]靶可以靠近天线定位。天线可能距离最近的靶小于200毫米，可选地小于150毫米，并且可能小于100毫米。这可以允许螺旋等离子体源的紧凑设计。
[0012]在示例中，该方法包括通常以至少1kW并且可能2kW或更高的电功率用RF频率电流驱动一个或多个天线以产生等离子体。当有多个天线时，驱动每个天线所需的功率可能较低，例如在100W和1kW之间。天线可以以至少1MHz的频率驱动，并且可选地以13.56MHz或其倍数的频率驱动。天线可以以低于13.56MHz的频率驱动；例如，天线可以以1MHz
‑
10MHz范围内的频率驱动，例如以大约2MHz。
[0013]应当理解，对于本专利技术的示例，为了具有这里提到的益处，磁体的磁场不需要精确地平行于等离子体产生轴线。事实上，小的发散或会聚可能是有益的。在实施例中，磁体的磁场可以具有足够接近平行于等离子体产生轴线的场线，使得接触或穿过天线的线从天线继续并从螺旋等离子体源出来而没有终止到源的任何壁或一部分。通过这种布置，天线产生的等离子体更有可能遵循场线的方向并避免与任何此类壁发生不希望的相互作用。在实施例中，磁体的磁场可以具有足够接近平行的场线，使得等离子体产生区中的场线之间的最大发散在当分解到假想水平平面上时小于20度。
[0014]在示例中，一个或多个永磁体包括环形磁体。在示例中，一个或多个永磁体包括磁
体环。该环可以是细长的，因此具有大体管状形状。源的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在表面上制造材料层的方法，所述方法包括以下步骤：螺旋等离子体源在等离子体产生区中并沿着等离子体产生轴线产生远离至少一个溅射靶的等离子体，螺旋等离子体源包括(a)一个或多个天线和(b)一个或多个永磁体，布置成产生靠近磁体的磁场，所述磁场沿着等离子体产生轴线并在等离子体产生区中；等离子体导致材料从溅射靶喷射出；以及将从溅射靶喷射出的材料沉积到基底的表面上或由基底支撑的表面上以在表面上形成材料层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个永磁体包括环形磁体或磁体环，所述环形磁体或磁体环限定从环径向向内延伸的内部区域和从环径向向外延伸的外部区域。3.根据权利要求2的方法，其中等离子体产生区至少部分地位于内部区域中。4.根据权利要求2所述的方法，其中由所述一个或多个天线限定的等离子体产生轴线沿着由所述环限定的轴线。5.根据权利要求2的方法，其中等离子体在朝向环的方向上发射。6.根据权利要求2所述的方法，其中存在两个或更多个这样的环，包括具有第一半径的第一环和具有不同于第一半径的第二半径的第二环。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个永磁体布置成在所述等离子体产生区中产生具有磁场线的磁场，磁场线在近场区域中与由所述一个或多个天线限定的等离子体产生轴线对齐。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个永磁体布置成产生具有一个或多个区域的磁场，一个或多个区域具有限定等离子体产生区的边界的局部磁场。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个永磁体布置成产生磁场，所述磁场包括作为如此产生的等离子体的边界的场反转区域。10.根据权利要求1的方法，其中磁场由两个或更多个间隔开的永磁...

【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：