[发明专利]一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法及设备有效

专利信息
申请号: 202110268042.3 申请日: 2021-03-12
公开(公告)号: CN113061857B 公开(公告)日: 2023-01-13
发明(设计)人: 唐云俊;王昱翔;周虹玲;周东修 申请(专利权)人: 浙江艾微普科技有限公司
主分类号: C23C14/35 分类号: C23C14/35;C23C14/54;C23C14/50;C23C14/56;C23C14/06;C23C14/08
代理公司: 嘉兴启帆专利代理事务所(普通合伙) 33253 代理人: 王大国
地址: 314400 浙江省嘉兴市*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 离子 辅助 倾斜 溅射 反应 沉积 薄膜 方法 设备
【说明书】:

发明公开了一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法,包括如下步骤,运行参数的调试,编制迟滞回线菜单,首先确定基础参数,基础参数包括离子源电源功率和连接靶材的射频电源功率、脉冲电源功率、基片台倾斜角度、工艺气体压力、工艺气体流量变化和工艺时间,然后参数的设置,按照设置的参数运行,完成指定工艺时间,下载基片,本发明采用离子辅助、倾斜溅射、混频电源、基片冷却的反应溅射的方法及设备,克服现有氧化铝薄膜沉积速率低,对基片上3D结构的裹覆率不高、基片温度较高的缺点。

技术领域

本发明属于薄膜物理气相沉积系统领域,更具体的说涉及一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射氧化物、氮化物,如Al2O3、AlNx薄膜的方法。

背景技术

氧化物、氮化物薄膜,如Al2O3薄膜是一种重要的功能薄膜材料。

由于Al2O3薄膜具有较高的介电常数、高导热率、抗辐射损伤能力强。抗碱离子渗透能力强、以及在很宽的波长范围内透明等诸多优异的物理化学性能,使其在微电子器件,电致发光器件,光波导器件以及抗腐蚀涂层等众多领域有着广泛的应用。

Al2O3薄膜在微电子器件制备过程中广泛应用,其中一个重要的用途是用来做绝缘层。

由于在电子器件制备过程中,基片表面通常存在很多不同的3D结构,这就要求沉积Al2O3薄膜不仅具有较高的沉积速率、薄膜厚度的均匀性、高介电常数、更要对基片上3D结构有较高的裹覆率(conformal)。

Al2O3薄膜的制备方法有很多种,如离子辅助溅射、射频磁控控溅射、脉冲反应磁控溅射、化学气相沉积、原子层沉积和溶胶凝胶法等。

离子辅助沉积所制备的薄膜,具有膜基结合强度高、薄膜密度大等特点,在结构薄膜材料,功能薄膜材料制备方面,尤其在光学薄膜制备中均有广泛的应用。但是其沉积速率非常低,通常小于0.1nm/sec。

射频磁控溅射Al2O3薄膜的速率很低,在薄膜制备过程中需要大功率运行,造成系统腔体温度较高,腔体内颗粒增多,工艺过程不稳定,基片温度过高等;且不能形成对基片上3D结构的较高裹覆率(conformal)。

脉冲反应磁控溅射,薄膜沉积速率较高,又因为可以在大面积范围内保持薄膜的均匀性,并能有效地解决制备Al2O3薄膜时的放电效应,成为研究的热点。但是通常的脉冲反应磁控溅射并不能形成对基片上3D结构的较高裹覆率(conformal)。

反应溅射,通常具有“迟滞回线”效应,即靶材的电流或电压会随反应气体流量的变化,产生突变;且气体流量的逐渐增加段的电压/电流变化,与气体流量的逐渐下降段的电压/电流变化不重合,形成“迟滞回线”,如图1所示。这是由于金属靶材的表面,在不同的反应气体流量下,溅射材料的不同逃逸电压所至。在小于A点的反应气体流量下,主要溅射的是金属材料,靶材电压较高,溅射速率也高,称为“金属模式”;在大于B点的反应气体流量下,主要溅射的是氧化物材料,靶材电压较低,溅射速率也低,称为“中毒模式”;在A-B点间,溅射的是金属、氧化物混合材料,称为“过渡模式”;其中,B-C点区域,既可以形成稳定的氧化物薄膜,且具有较高的溅射速率,是理想的稳定工艺区域。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明提供了一种采用离子辅助、倾斜溅射、混频电源、基片冷却的反应溅射的方法及设备,克服现有氧化铝薄膜沉积速率低,对基片上3D结构的裹覆率不高、基片温度较高的缺点。

为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法,包括如下步骤,

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