使用直流电的溅射沉积方法和设备技术

本发明专利技术公开了使用直流电源的用于基于等离子体的溅射沉积的设备和方法。在一个实施方案中，通过将多个电极和电流源连接而产生等离子体，周期性反转施加在处理室中多个电极的每一个上的电压的极性，使得至少一个电极将材料溅射在基底上。调节施加在多个电极的至少一个上的功率值，以按照所需的特征将材料沉积在固定基底上。在一些实施方案中，在处理期间基底静止地设置于处理室内。许多实施方案利用指示沉积状态的反馈以调节施加在一个或多个电极上的功率值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基于等离子体的溅射沉积。特别地，但非限制，本专利技术涉及使用直流电 源用于基于等离子体的溅射沉积的方法和设备。
技术介绍
等离子体处理技术在工业处理(比如等离子体气相淀积、溅射等)的行业中具有 广泛用途。这些处理在薄膜应用中特别有用。为了产生等离子体，电源在放置在等离子体 室中的阴极和一个或多个阳极之间产生电势，所述等离子体室含有形成等离子体的处理气 体。当使用这些用于沉积的处理方法时，等离子体作用于放置在等离子体室内的靶材料 (也称为溅射源)上，所述等离子体室通常包含阴极表面。等离子体离子朝向靶加速并使靶 材料在撞击时从阴极表面撞出。然后撞出的靶材料沉积在基底上以形成膜(例如薄膜)。 如上所述，膜可构成等离子体从靶表面溅射的材料，或可以是靶材料和等离子体或处理气 体中包括的一些其他元素之间的反应的结果。高频电压源(例如交流电流(AC)电源)已被用于产生高电势，而高电势在等离子 体室内产生等离子体。这些高频电压源构造和维护昂贵，且操作复杂。另外，如果沉积材料 通过与等离子体或处理气体中的元素的反应而形成，且进一步电绝缘，则等离子体室内的 阳极可涂有绝缘体；则该沉积可防止阳极发挥其在沉积过程期间从等离子体收集电子的功 能。为了克服和高频电压源有关的缺点，已使用交替脉冲的直流电源用于无阳极双磁 控管型系统，比如美国专利No. 5，917，286所公开的，在此以引用的方式将其整体并入。反 转极性的过程使电极交替充当阳极和阴极，在阴极阶段期间发生的溅射过程清除任何沉积 的绝缘材料并使电极在阳极阶段期间作为阳极的操作不受约束。另外，反转极性的过程使 两个电极交替充当阴极，从而两个电极表面都能够提供靶材料。尽管现在的脉冲直流电源能起作用，但它们在许多薄膜处理应用中实现例如均勻 性和/或颗粒产生阈值不够精确或不够令人满意。使用标准技术也不能实现任意化学计量 的共溅射。因此，需要能够解决现有技术的不足并提供其他新的创新特征的方法和设备。
技术实现思路
下面概述附图中显示的本专利技术的示例性实施方案。在具体实施方式部分更详细地 描述这些实施方案和其他实施方案。但应理解，本专利技术不限于
技术实现思路
或具体实施方式中 描述的形式。本领域技术人员可以认识到在权利要求表达的本专利技术的实质和范围内存在许 多改变、等价和替换结构。本专利技术可以提供用于基于等离子体的溅射沉积的方法和设备的系统及方法。在 一个示例性方法中，将基底放置于等离子体处理室中的固定位置，通过将多个电极和电流 源连接而产生等离子体。当基底位于等离子体处理室内的固定位置时，周期性反转施加在 处理室内的多个电极的每一个上的电压的极性，调节施加在多个电极的至少一个上的功率值，从而按照所需的特征将材料沉积在固定基底上。在另一实施方案中，本专利技术的特征在于将材料沉积在等离子体处理室中的基底上 的系统，该系统包括直流电源，其经设置用于将具有第一极性的第一直流功率脉冲和具有 第二极性的第二直流功率脉冲传送至等离子溅射室内的电极。另外，该实施方案中的系统 包括来自溅射室的反馈线，和处理器，该处理器经设置用于在触发第一直流功率脉冲后触 发第二直流功率脉冲。且所述处理器经设置用于响应所述反馈线上的反馈信号，来调节施 加于具有第一直流功率脉冲的电极的功率值。在另一实施方案中，从至少一个直流电源以脉冲将直流功率传送到等离子溅射室 内的多个电极的每一个，并接收指示基底上的材料的至少一个监控特征的反馈。在该实施 方案中，响应所述反馈控制传送到至少一个电极的功率值以改变材料的沉积。在另一实施方案中，直流电源经设置用于将功率传送至等离子溅射室，功率控制 组件经设置用于在第一时间段内，将功率导向等离子溅射室内的第一电极，并在第二时间 段内，将功率导向等离子溅射室内的第二电极。在该实施方案中，相对于第二电极施加于第 一电极的功率通过固定基底上的沉积材料的所需特征来限定。如前所述，上述实施方案和实施方法仅用于说明目的。本领域技术人员从下列描 述和权利要求可以容易地认识到本专利技术的许多其他实施方案、实施方法和细节。附图说明联系附图，通过参考下面描述和所附权利要求，本专利技术的多个目的和优势以及更 完整的理解是显而易见的且更易于理解。图1的示意图显示了根据本专利技术的实施方案的直流(DC)电源、功率控制组件和等 离子体溅射室；图2的示意图显示了根据本专利技术的实施方案经设置用于以超低频率为等离子体 溅射室产生DC功率脉冲的DC电源和功率控制组件；图3的示意图显示了根据本专利技术的实施方案通过体积分离的一组同心电极；图4的图表显示了根据本专利技术的实施方案通过DC电源为等离子体溅射室的电极 产生的DC功率脉冲的实例；图5的图表显示了根据本专利技术的实施方案的包括大于零的过渡时间的占空比；图6的表显示了根据本专利技术的实施方案的脉冲参数和脉冲参数值的实例；图7的示意图显示了根据本专利技术的实施方案，与DC电源耦合的等离子体溅射室；图8A的图表显示了根据本专利技术的实施方案传送至图7显示的电极的DC功率脉 冲；图8B的图表显示了根据本专利技术的实施方案传送至图7显示的电极的DC功率脉 冲；图9的框图显示了根据本专利技术的实施方案经设置用于接收由DC电源传送的DC功 率脉冲的等离子体溅射室；图10的示意图显示了根据本专利技术的实施方案由来自一个或多个传感器的一个或 多个反馈信号触发的DC功率脉冲变化；和图11的流程图显示了根据本专利技术的实施方案响应于和沉积层有关的性质，改变DC功率脉冲的方法。 具体实施例方式现在参考附图，其中在几个附图中，相同或相似的元件用同一附图标记表示，特别 是图1，图1的框图显示了根据本专利技术的实施方案的直流(DC)电源100，功率控制组件110， 和等离子体溅射室130。等离子体溅射室130包括两个或更多个电极140，各自经设置用于 充当阳极和充当阴极(阴极可称为溅射靶)。DC电源100和功率控制组件110可统称为DC 电源170。然而，应当理解图1的框图仅仅是逻辑上的，在一些实施方案中，电源100和功率 控制组件110按分离的组件实现。例如在一个实施方案中，功率控制组件110按现有的DC 电源的附加组件而实施。通常，DC电源100经设置用于向功率控制组件110供给DC功率。在一些实施方 案中，DC电源100提供20到200千瓦范围内的功率，但当然也可设想其他功率水平。在许 多实施方案中，DC电源100通过耦合在一起的多个DC发电机实现。例如在一个实施方案 中，DC电源通过三个50千瓦DC发电机实现，以提供150千瓦电源。等离子体150由一种或多种气体形成，包括惰性气体(例如氩气)或其他气体种 类，可由具有指定组成的化合物形成。在一些实施方案中，在等离子体溅射室130内部和/ 或外部(例如在电极140附近的位置)施加磁场(未显示)，以促进气体的电离，或者将等 离子体150的等离子体离子导向至电极140和/或基底160的任何一个。当等离子体150被点燃并响应于电极140之间的电势维持时，等离子体离子朝向 电极140加速并撞击充当阴极的电极140，以引起来自电极140的原子朝向基底160喷射。 在一些实施方案中，电极140称为靶，朝向基底喷射的原子(例如材料)称为靶原子(例如 靶材料)。在许多实施方法中，靶材料包括金属性物质比如招，或不同材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
将材料沉积在基底上的方法，其包括：将基底放置于等离子体处理室中的固定位置，通过将多个电极和电流源连接而产生等离子体；当所述基底位于所述等离子体处理室内的固定位置时，周期性反转施加在处理室内的所述多个电极的每一个上的电压的极性，至少一个电极将材料溅射在所述基底上；和调节施加在所述多个电极的至少一个上的功率值，以按照所需的特征将材料沉积在固定基底上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K瑙曼，HV沃尔德，DJ克里斯蒂，B弗里斯，
申请(专利权)人：先进能源工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]