[發明專利]電介質薄膜的反應濺射沉積

在審

• 申請號: 201810259657.8
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN108359945A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 喬治·J.·歐肯法斯
• 申請（專利權）人: VIAVI科技有限公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭小粵

本發明公開了一種反應濺射沉積方法和系統，其中，使用了一種諸如水蒸氣的催化劑氣體，以便提高總體沉積速率，而基本上不損害電介質化合物層的形成及其光透射。向濺射氣體或反應氣體加入該催化劑氣體能導致電介質氧化物薄膜的沉積速率的增加，而基本上不會提高所述薄膜的光吸收。

本申請是申請日為2013年5月6日、申請號為201310169432.0，以及發明名稱為“電介質薄膜的反應濺射沉積”的中國發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及薄膜沉積，并且特別是涉及用于電介質薄膜的反應濺射沉積的裝置與方法。

背景技術

在濺射沉積工藝中，襯底被放置在真空室里，所述真空室填充著處于低壓的(諸如氬氣)、術語稱作“濺射氣體(sputtering gas)”的氣體。術語稱作“靶材(target)”的要被濺射的材料位于所述襯底附近，并被電連接到負極或陰極。在真空室內，正極或陽極也位于附近。向陰極施加在-100伏特和-1000伏特之間的高負電壓，引起了濺射氣體的電離，和在陰極靶材上方等離子體放電的形成。帶正電荷的濺射氣體離子轟擊帶負電荷的陰極靶材，引起靶材的原子被投擲(濺射)在空間中、朝向襯底飛行、并粘附到襯底上。在多種被稱為反應濺射沉積的濺射沉積中，在襯底表面附近進一步提供反應氣體(諸如氧氣)，以便其立即發生與新粘附原子的化學反應，形成例如氧化物薄膜的化學化合物薄膜。金屬靶材可用于濺射金屬原子。當氧氣氧化了粘附到襯底上的原子的時候，形成了金屬氧化物薄膜。

為了努力獲得提高的沉積速率和較低的操作壓力，使用了磁性增強的靶材。在一個平面磁控管中，所述陰極包括永磁體陣列，所述永磁體被設置在閉合環路上，并且安裝在相對于平坦靶板的固定位置上。因而，磁場使那些電子在通常被稱為“賽道(race track)”的閉合環路上運動，所述閉合環路建立了路徑或區域，沿著所述路徑或區域發生靶材材料的濺射或刻蝕。在磁控管陰極中，磁場約束了輝光放電等離子體，并增加了電子在電場影響下運動的路徑長度。這導致氣體原子—電子碰撞概率的增大，從而導致比未使用磁約束獲得的濺射速率高得多的濺射速率。此外，可在低得多的氣壓下完成濺射工藝。

將反應氣體引入到濺射沉積室內被認為帶來了問題。反應氣體不僅與沉積薄膜反應，而且與靶材的暴露金屬一起反應，這樣氧化了靶材金屬，并降低了濺射效率。因此，反應氣體濃度具有實際上限。反過來，反應氣體濃度限制，對濺射速率也施加了上限，這是因為當濺射速率太快時，反應氣體不會和所有的濺射原子起反應，會引起沉積薄膜的劣化。因此，反應濺射沉積是幾乎總是比相應的非反應濺射沉積慢得多的過程。

減少反應氣體流量、增加濺射氣體流量、或增大陰極功率，會加快在反應濺射工藝中的沉積速率，但是，由于在薄膜中存在部分沒有被氧化的金屬，所以也會導致在沉積薄膜中的更高的光吸收。較高的氧氣流量僅僅能部分地補償氧化不足，因為如上所述較高的氧氣流動速率會因為濺射效率降低而導致沉積速率減慢。

針對反應金屬化合物的慢沉積速率，人們提出了各種解決方案。例如，在Scobey等人的美國專利US4,851,095中，公開了一種“部分壓力”技術，以分離沉積過程和氧化過程，即，通過產生反應氣體在沉積區域和氧化區域之間的動態壓力差來阻止氧化氣體進入沉積區域。要實現此目的，沉積區域和反應區域都被制造得又長又窄，并且都被設置成鄰近立式滾筒狀的運動襯底載臺的周邊。