非化学计量金属化合物层的沉积制造技术

提供了一种通过溅射沉积在工件上沉积层的方法、一种涂覆机和一种用于根据该方法控制涂覆机的处理器。该方法包括在预先确定的溅射条件下在工件上同时提供金属和反应性物质的溅射沉积以形成层，从而在该工件上提供包含金属化合物的沉积层。随后照射该沉积层并测量光学透射率。将与测量辐射相关的测量参数与该参数的一个存储值进行比较。作为该比较的结果，该溅射条件由此被适配。该溅射条件由此被适配。该溅射条件由此被适配。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非化学计量金属化合物层的沉积


[0001]本专利技术涉及溅射的领域。更具体地，本专利技术涉及溅射非化学计量金属化合物层，特别是亚化学计量的金属氧化物和/或金属氮化物和/或金属碳化物层。

技术介绍

[0002]在化合物层的制造中，控制层的组成是重要但困难的问题。提供含有化合物的层，诸如氧化物层，需要仔细调节材料和环境，以及良好地控制生长参数。许多化学和物理气相沉积技术可用于该目的。特别地，溅射沉积可提供几纳米厚度的层，其可用作若干应用的涂层。
[0003]经由磁控溅射的沉积是众所周知的技术，其在磁场的影响下使用供电靶，使得受控环境中的气体在靶上形成等离子体轨道。这导致通过等离子体离子轰击从其表面移除材料并将溅射原子沉积到衬底上。在定制材料需要特定性质的情况下，需要在沉积层中，例如在堆叠的一个或多个层中提供特定组成。溅射沉积可用于提供可能不同材料的多个层，从而允许控制形成堆叠的每个单独层的材料的组成和厚度。这可以在不同阶段进行。然而，涂层组成的控制是具有挑战性的，因为改变一个沉积参数通常以不可控或不可预测的方式影响其余参数。
[0004]为了通过溅射沉积形成氧化物或氮化物层，可以以“反应模式”溅射金属靶，即在不仅包含放电气体(通常为氩气)而且还包含反应气体(例如，氧或氮)的环境中。金属被溅射到衬底上，并且与周围的反应气体反应，从而形成金属化合物层。尽管金属靶是容易获得的，但是当以反应模式溅射时，它们会遭受众所周知的靶中毒效应。金属化合物膜不仅根据需要形成在衬底上，而且形成在溅射靶本身上。作为结果，溅射产率以及由此溅射沉积速率显著降低。此外，反应气体分压呈现滞后，作为涂覆隔室中反应气体流量的函数。在低反应气体流量下，该方法以所谓的“金属模式”操作，并且沉积层在特性上是金属的。在较高反应气体流量下，化合物层形成在衬底上，但也形成在靶表面上。该方法现在以“中毒模式”操作，并且沉积的金属化合物层在特性上是陶瓷的。从金属模式到中毒模式的转变点可发生在与反向转变不同的阈值反应气体流量下并且取决于目标表面的当前状态。此外，两种模式之间的转变的特征在于溅射过程变量的急剧变化，其中反应气体流量的小变化导致沉积层的性质的大变化。因此，接近转变点的工作点本质上是不稳定的。这意味着金属靶容易地提供金属层的沉积或化学计量金属化合物层的沉积。然而，用金属靶沉积具有特定非化学计量组成的低价氧化物层(MO
x
)或具有特定非化学计量组成的亚氮化物层(MN
X
)或具有特定非化学计量组成的亚碳化物层(MC
X
)在技术上变得非常困难。
[0005]与金属靶相比，陶瓷靶(例如，氧化物靶)在它们的工作点处提供更稳定的操作，因为靶中毒和所产生的滞后效应被降低或很大程度上不存在。然而，由于原材料的高熔点和这些陶瓷的差的机械性质，诸如陶瓷涂层的相对高的脆性和高硬度，陶瓷靶的制造和操纵通常是困难的。此外，氧化物通常不是良导体，因此陶瓷靶的溅射通常比金属在电力上更受限制，并且需要使用具有高级电弧管理设定的电源。在完全绝缘的靶材料情况下，它们的使
用通常限于在过程期间用射频AC供电，这是昂贵且效率较低的，并且不能容易地缩放至较大靶和高功率电平。

技术实现思路

[0006]本专利技术的实施方案的目的是提供一种可靠且灵敏的沉积层的方法，特别是亚化学计量金属化合物层，例如亚化学计量金属氧化物，该方法允许至少控制辐射吸收、任选地控制层组成、并且任选地控制层的其他参数，诸如厚度和/或密度。另外的目的是提供该方法的计算机实现、被配置为执行该方法的算法的步骤的计算机程序以及包括用于执行该方法的这种计算机实现的溅射系统。
[0007]本专利技术提供了通过溅射沉积在工件上沉积层的方法。该方法包括：
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在预先确定的溅射条件下在工件上提供金属和反应性物质的溅射沉积以形成层，从而在工件上提供包含金属化合物的沉积层，
[0009]‑
随后照射工件上的沉积层并测量至少通过沉积层的光学透射率，
[0010]‑
将所发射的辐射的测量辐射参数与辐射参数的至少一个存储值进行比较，
[0011]‑
作为比较的响应，适配预先确定的溅射条件。
[0012]本专利技术方法可从靶材料本身和/或从添加的反应气体流量中提供反应性物质。
[0013]本专利技术的实施方案的优点在于，可通过测量取决于组成的光学性质来沉积准确的非化学计量组成。本专利技术的实施方案的优点在于，通过测量沉积层的透射率可以提供对氧量的非常灵敏的测量，至少比在线测量的现有化学或光谱分析更好。
[0014]该方法可以自动完成，至少在溅射步骤和照射步骤之间没有人工干预。参数的比较和条件的适配也可自动完成。
[0015]在本专利技术的一些实施方案中，至少一个存储值对应于具有反应性物质(例如，氧和/或氮和/或碳)的金属的非化学计量化合物中的反应性物质的参考量。
[0016]在本专利技术的一些实施方案中，至少一个存储值对应于具有反应性物质的金属的化合物的参考密度。
[0017]在本专利技术的一些实施方案中，至少一个存储值包括对应于缺氧金属氧化物中的氧的参考密度和/或参考量的值。
[0018]实施方案的优点在于，可以准确地确定和控制层的组成，任选地或附加地还可以基于光学测量准确地确定和控制密度。对于非化学计量金属化合物，例如缺氧金属氧化物层中氧的密度和/或量，这可以完成。
[0019]在本专利技术的一些实施方案中，测量光学透射率包括测量辐射波长分辨透射率，其中辐射具有范围从UV辐射的波长直至IR辐射的波长的波长。
[0020]本专利技术的实施方案的优点在于，可以容易地估计层的不透明度水平，作为组成、特别是沉积层中的氧含量的函数。另外的优点在于，关于沉积层的其他参数(诸如厚度、密度等)的信息也可从测量中获得。
[0021]在本专利技术的一些实施方案中，测量光学透射率包括用积分传感器测量由具有预先确定的波长范围的多个源和/或由宽带光源产生的辐射的透射率。本专利技术的实施方案的优点在于，辐射透射率(诸如可见光的光学透射率)的测量可以利用不昂贵的积分传感器(诸如光电二极管)来完成。
[0022]在本专利技术的一些实施方案中，该方法包括提供用于溅射的陶瓷靶，该陶瓷靶包含至少一种金属化合物，例如金属氧化物和/或氮化物和/或碳化物，任选地为导电陶瓷靶。
[0023]本专利技术的实施方案的优点是减少或甚至避免了金属靶中毒。另外的优点在于动态沉积速率和电压以连续关系取决于氧反应。本专利技术的实施方案的优点在于导电靶(例如电阻率低于1000ohms.cm，例如低于100Ohm.cm，诸如低于10Ohm.cm或者甚至小于1Ohm.cm)可用于中频或DC溅射。
[0024]在本专利技术的一些实施方案中，提供金属的溅射沉积包括提供至少钨的溅射沉积。在一些实施方案中，提供溅射沉积还包括提供包含至少一种氧化钨的靶。在一些实施方案中，该方法包括沉积非化学计量氧化钨层，其中氧与钨的比率为2.3或更高，例如2.5或更高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
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一种通过溅射沉积在工件上沉积层的方法，所述方法包括：
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通过在预先确定的溅射条件下在工件上同时沉积(102)金属和反应性物质以形成层来提供金属化合物层，从而在包含所述金属化合物的所述工件上提供沉积层，
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随后照射所述工件上的所述沉积层并测量(103)至少通过所述沉积层的光学透射率，
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将所发射的辐射的测量辐射参数与所述辐射参数的至少一个存储值进行比较(104)，
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作为所述比较的响应，适配(105)所述预先确定的溅射条件，2.
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根据权利要求1所述的方法，其中沉积(102)金属物质包括提供用于溅射的包含亚化学计量金属化合物的陶瓷靶。3.
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根据权利要求2所述的方法，其中提供陶瓷靶包括提供用于溅射的金属氧化物和/或氮化物和/或碳化物，任选地具有低于1000Ohms.cm的靶材料电阻率。4.
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根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个存储值对应于具有反应性物质的金属的非化学计量化合物中的所述反应性物质的参考量，所述反应性物质例如为氧和/或氮和/或碳。5.
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根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个存储值对应于具有反应性物质的金属的所述化合物的参考密度。6.
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根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个存储值包括对应于缺氧金属氧化物中的氧的参考密度和/或参考量的值。7.
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根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中测量光学透射率包括测量辐射波长分辨透射率，其中撞击辐射包括具有范围从UV辐射的波长直到IR辐射的波长的波长的撞击辐射。8.
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根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中测量光学透射率包括用积分传感器测量(113)由具有预先确定的波长范围的多个源和/或由宽带光源产生的辐射的透射率。9.
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根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供金属的溅射沉积包括提供至少钨的溅射沉积。10.
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根据前述权利要求所述的方法，所述方法还包括提供包含至少一种氧化钨的靶。11.
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根据前述权利要求8或9中任一项所述的方法，其中沉积层包括沉积氧化钨层，其中氧与钨的比率...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：梭莱先进镀膜工业公司，
类型：发明
国别省市：