[发明专利]具有多个溅射源的反应溅射

说明书

技术领域

本发明涉及衬底的反应溅涂领域，更特定而言涉及反应式磁控 溅涂。其涉及根据权利要求的开始条款的方法和设备。

背景技术

本发明可包括或含有在波导的制造中的应用，更特别地在光学 波导的制造中的应用。

始于此实例，将讨论反应溅涂的潜在问题以及这些问题的已知 解决方案。

波导被用于在紧密空间中传导光。其类似于光纤工作。光在被 较低折射率介质包围的高折射率介质中传导。全反射防止光射出高 系数介质。同样的原理应用于夹在较低折射率层之间的高折射率薄 膜。光学薄膜特别适合于光电子学应用，其中它们可被集成到半导 体芯片的制造内。对于薄膜波导的特殊要求是最小的光吸收和散射。 典型的薄膜波导由夹在SiO₂或Al₂O₃包层之间的Ta₂O₅膜组成。氧 化铝膜也给予波导良好的机械保护。

如许多其它电介质，通过在氧气存在的情况下溅射金属铝目标 来沉积氧化铝。以最简单的方式，脉冲式DC(直流)电源设置为在选 定的功率水平。取决于氧气流量，所得到的反应过程将倾向于“金 属”或“氧化物”模式。这种行为由熟知的反应溅射滞回(hysteresis) 曲线来描述，其中在恒定溅射功率下相对于氧气流量来记录目标电 压。图1示出这种反应溅射滞回曲线。

当利用如铝的金属涂层来涂覆衬底(例如，玻璃衬底)时，常常使 用溅射装置，其包括带目标的电极。由于带电荷的粒子(来自Ar工 作气体的Ar离子)碰撞于金属目标上来溅射金属目标。在该过程中， 溅射粒子，最终在与如氧气或氮气的气体反应之后，会沉积到衬底 上。在其中目标被磁场穿透的电极、目标和磁体的特定布置被称作 磁控(magnetron)。如果从目标溅射的材料粒子在它们沉积于所述衬 底上之前与气体反应，则该过程被称作反应溅射。如果，例如SiO₂将被蒸气沉积到衬底上，从Si目标溅射Si原子，其再次与引入到处 理室内的氧气起反应。在恒定电功率引入的氧气影响在处理室的阴 极或多个阴极处的放电电压。如果在恒定电功率相对于O₂流量来绘 制放电电压，得到具有滞回的曲线(参看图1)。

随着氧气流量增加(图1中的箭头A)，目标或放电电压最初略微 降低且随后剧烈地降低到低值，而且溅射速率急剧下降且处理室中 氧气分压力急剧增加，因为以低溅射速率，需要更少的氧气来氧化 所沉积的膜(图1中的箭头B)。从此值继续，放电电压随后随着氧气 流量增加仅可忽略地降低。

如果现在减小氧气流量(图1中的箭头C)，目标电压将仅缓慢增 加。但是，在具体的较低氧气流量处，放电电压将剧烈地增加(图1 中的箭头D)。由于在电压分别(剧烈地)降低和(剧烈地)增加处的这些 氧气流量不相同，所以导致了滞回。

由于这种行为，设置稳定的工作点是困难的，因为仅仅氧气流 量和/或供应的电功率的微小变化就可突然导致放电电压的“跳跃”。

发生滞回，因为随着氧气流量升高，目标变得部分地被具有更 低溅射速率的氧化物覆盖。在低氧气流量处(图1中的箭头A)，大部 分氧气被用尽以在衬底上形成氧化铝膜和防护物。高于某一阈值， 溅射速率降低，使得处理室中剩下更多的氧气，这导致在目标上更 多的氧化物直到目标以很低的溅射速率完全被氧化物覆盖(图1中的 箭头B)。这被称作氧化物模式。

降低氧气流量仍留有(即，允许持续)高氧气分压力，直到从目标 移除了氧化物(图1中的箭头C)。在该点，溅射速率增加，用完剩余 的氧气，且目标再次处于金属模式(图1中的箭头D)。

到目前为止，大部分应用需要氧化铝的纯电介质性质；例如， 低光学吸收和高介电强度。这不能在金属区域中实现，其中目标表 面仍为金属性的且在衬底上发生正在生长的膜的仅某种程度的氧 化。另一方面在氧化物模式区域中选择工作点将导致无吸收的膜 (absorptionfreefilm)。但是，由于在此模式目标表面被完全氧化，所 得到的沉积速率很低，且不能调节正在生长的膜的组成。