[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

说明书

本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、AlN_x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，