[發(fā)明專利]一種雙源濺射合金薄膜的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610103435.8
• 申請(qǐng)日: 2016-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN105714258B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 刁東風(fēng);王超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/46
• 代理公司: 深圳市君勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發(fā)明公開一種雙源濺射合金薄膜的裝置及方法。裝置其包括一腔體、設(shè)置在腔體內(nèi)并用于固定襯底材料的基片、連通于腔體的導(dǎo)波管以及磁控陰極濺射裝置，在所述導(dǎo)波管末端設(shè)置有等離子體引出部位，所述等離子引出部位連接作為第一濺射源的圓筒靶材，所述磁控陰極濺射裝置包括作為第二濺射源的磁控陰極靶材，所述磁控陰極靶材通過磁控陰極連接石英窗，所述基片兩側(cè)設(shè)置有磁線圈。本發(fā)明中，ECR發(fā)散等離子體和磁控陰極等離子體相互獨(dú)立設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)雙源濺射。通過安裝不同濺射靶材可以控制合金薄膜的組成元素，通過調(diào)節(jié)圓筒靶偏壓和磁控管陰極的功率可以控制合金膜和摻雜膜的組成比例。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種雙源濺射合金薄膜的裝置及方法。

背景技術(shù)

最初的ECR等離子源，是將微波以串聯(lián)方式導(dǎo)入等離子源的。如圖1所示，10為矩形波導(dǎo)管，11為石英窗，12為圓筒靶材，13為基片，14為基片架，設(shè)置在等離子源和微波導(dǎo)入用的矩形波導(dǎo)10之間的石英窗11上一旦形成導(dǎo)電性膜，微波會(huì)在石英窗11處被反射，導(dǎo)致等離子體不穩(wěn)定，或者等離子體消失。因此，最初的ECR等離子體源未能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性膜的連續(xù)成膜。為了解決上述問題，導(dǎo)入了兩種方法。

（1）微波分割法

如圖2所示，利用分配器21把向等離子體室導(dǎo)入微波用的導(dǎo)波管分成兩支，使微波（B_ECR）分割成兩股。被分割后的兩股微波導(dǎo)入等離子體室時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)波管的位置相對(duì)，由混合器22混合，第一磁線圈23設(shè)置在導(dǎo)波管中。這種導(dǎo)波管的構(gòu)造，使得微波回路呈環(huán)狀。微波導(dǎo)入后，在環(huán)狀導(dǎo)波管內(nèi)合成，形成定在波。將環(huán)狀導(dǎo)波管長(zhǎng)度設(shè)定為微波的管內(nèi)波長(zhǎng)的1/2的整數(shù)倍，等離子體室中央部的電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為0（第二磁線圈24設(shè)置在中央部?jī)蓚?cè)），可以使磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到最大。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，由于感應(yīng)電場(chǎng)的方向與磁場(chǎng)方向垂直，以電場(chǎng)強(qiáng)度為0的P點(diǎn)作為起點(diǎn)，微波再一次開始傳遞，并向等離子體室擴(kuò)展形成等離子流26（兩側(cè)設(shè)置有圓筒靶材25），然后在基片架28上的基片27上形成薄膜。這種情況下，可以將導(dǎo)波管和等離子體室之間的真空隔離用的石英窗24設(shè)置在其對(duì)面的環(huán)狀導(dǎo)波管的里面，使靶材不會(huì)直接面對(duì)石英窗24，并且使等離子體不會(huì)直接接觸石英窗。這樣，在形成導(dǎo)電膜時(shí)，石英窗24上不會(huì)生成導(dǎo)電膜，因而不會(huì)影響導(dǎo)電膜生成的連續(xù)性。以下將此方法稱為微波分割法。

（2）靶材外置法

圖1的條件下，在石英窗上會(huì)形成導(dǎo)電膜，是由于靶材被設(shè)置在直接面對(duì)石英窗的位置上。因此，不將靶材設(shè)置在等離子體室的旁邊，而是設(shè)置在等離子體室外部，且使靶材面向基板方向，這樣，由于靶材不會(huì)直接面對(duì)石英窗，不會(huì)在石英窗上形成導(dǎo)電膜，從而制備出連續(xù)的導(dǎo)電薄膜。如圖3所示，以下將該方法稱為靶材外置法，工作氣體31進(jìn)入到等離子體室33，微波通過石英窗32進(jìn)入等離子體室33，磁線圈36設(shè)置在等離子體室33兩側(cè)，然后等離子體進(jìn)入沉積室34，在基片35上沉積薄膜。該方法的特征是，濺射用的等離子體是在發(fā)散磁場(chǎng)作用下從ECR等離子體源流出，然后將其引導(dǎo)至靶材37的正上方，進(jìn)行濺射的。

上述兩種方法均是形成導(dǎo)電性膜的合適的方法，但是，無法通過設(shè)置多個(gè)靶材形成合金膜或者摻雜薄膜。雖然將圖2和3所示的靶材可以分割成多個(gè)，各自接上獨(dú)立電源，成膜初期可以很好的控制其形成合金膜。但是，由于分割后的靶材與對(duì)面的靶材相互面對(duì)，靶材上濺射出的原子的移動(dòng)方向無法單獨(dú)控制，使得靶材之間相互污染。因此，長(zhǎng)期使用的情況下，無法控制合金膜和摻雜膜的組成。

綜上所述，上述的微波分割法以及靶材外置法，在進(jìn)行合金膜和摻雜膜的制備時(shí)，存在著隨著長(zhǎng)期使用，膜的組成的穩(wěn)定性無法控制的問題。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種雙源濺射合金薄膜的裝置及方法，旨在解決現(xiàn)有的制備方式長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致膜的組成穩(wěn)定性無法控制的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：