[發(fā)明專(zhuān)利]一種改善氧化物半導(dǎo)體成膜質(zhì)量的磁控濺射裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910672548.3
• 申請(qǐng)日: 2019-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110438462A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉川;王昭桂;陳子豪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C14/35
• 分類(lèi)號(hào): C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

本發(fā)明涉及氧化物半導(dǎo)體成膜技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種改善氧化物半導(dǎo)體成膜質(zhì)量的磁控濺射裝置，包括有真空室及設(shè)于真空室中的靶材及帶有待濺射基板的陽(yáng)極，真空室連接真空系統(tǒng)和氣體源，陽(yáng)極能相對(duì)于真空室轉(zhuǎn)動(dòng)；還包括有與陽(yáng)極和靶材配合的射頻功率源，其中，待濺射基板與靶材之間設(shè)有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生成裝置。本發(fā)明能減少到達(dá)待濺射基板表面的高能氧負(fù)離子的數(shù)量和能量，提高薄膜的質(zhì)量和電學(xué)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氧化物半導(dǎo)體成膜技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種改善氧化物半導(dǎo)體成膜質(zhì)量的磁控濺射裝置。

背景技術(shù)

濺射(sputtering)是一種物理氣相沉積技術(shù)，在真空條件下，充入工作氣體，外加高壓電場(chǎng)使得工作氣體電離，產(chǎn)生等離子體，高能陽(yáng)離子轟擊靶材陰極，離子主要以原子核阻擋損失能量，靶材原子發(fā)生級(jí)聯(lián)碰撞反沖出靶材表面，最終沉積在待濺射基板上形成薄膜。磁控濺射(magnetron sputtering)是在濺射的基礎(chǔ)上，在靶材附近增加了一個(gè)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，電離產(chǎn)生的電子和二次電子產(chǎn)生螺旋運(yùn)動(dòng)并加速，提高了電子的碰撞幾率，進(jìn)而增強(qiáng)了工作氣體的電離程度，提高濺射效率。而對(duì)于射頻磁控濺射，其使用的是射頻功率源，在射頻輝光放電下,陰極附近形成陰極殼層,陰極相對(duì)于等離子體處在相當(dāng)大的負(fù)電位,稱(chēng)為自偏壓。正是在該陰極自偏壓下，正離子獲得加速運(yùn)動(dòng)。此外，射頻頻率(一般為13.56MHz)大于離子頻率而小于電子頻率,所以電子隨著射頻電場(chǎng)的周期變化做往返運(yùn)動(dòng),而離子運(yùn)動(dòng)不能跟上電場(chǎng)的變化,故當(dāng)靶材處于短暫的正電位時(shí)并不會(huì)改變離子的運(yùn)動(dòng)方向,也即靶面幾乎受到了連續(xù)的離子轟擊。

近年來(lái)，大尺寸和高分辨率顯示技術(shù)的發(fā)展，使得下一代平板顯示技術(shù)對(duì)薄膜晶體管(TFTs)驅(qū)動(dòng)電路的性能提出了更高的要求。而氧化物半導(dǎo)體材料由于其較高的遷移率、較好的均勻性、透明以及可低溫工藝實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為新一代平板顯示技術(shù)的主要材料，其中以銦鎵鋅氧半導(dǎo)體(IGZO)為代表。目前，工業(yè)沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜主要采用的是磁控濺射工藝。磁控濺射沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜過(guò)程中，采用的靶材為相應(yīng)的氧化物靶材，工作氣體為氬氣(Ar)，氧氣(O2)作為反應(yīng)氣體一并加入。

基于現(xiàn)有的磁控濺射設(shè)備沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜存在一定的局限性，濺射腔室產(chǎn)生的大量高能氧負(fù)離子轟擊產(chǎn)生的薄膜，會(huì)造成陽(yáng)離子懸掛鍵、晶格錯(cuò)位等過(guò)量微缺陷。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氧絕對(duì)壓比氧分壓更影響薄膜的質(zhì)量和電學(xué)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的因高能氧負(fù)離子轟擊薄膜造成陽(yáng)離子懸掛鍵、晶格錯(cuò)位等過(guò)量微缺陷，提供一種改善氧化物半導(dǎo)體成膜質(zhì)量的磁控濺射裝置，減少到達(dá)待濺射基板表面的高能氧負(fù)離子的數(shù)量和能量，提高薄膜的質(zhì)量和電學(xué)穩(wěn)定性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種改善氧化物半導(dǎo)體成膜質(zhì)量的磁控濺射裝置，包括有真空室及設(shè)于真空室中的靶材及帶有待濺射基板的陽(yáng)極，真空室連接真空系統(tǒng)和氣體源，陽(yáng)極能相對(duì)于真空室轉(zhuǎn)動(dòng)；還包括有與陽(yáng)極和靶材配合的射頻功率源，其中，待濺射基板與靶材之間設(shè)有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生成裝置。

本申請(qǐng)方案在真空室中設(shè)有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生成裝置，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生成裝置生成與待濺射基板配合的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，高能氧負(fù)離子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，減少了其到達(dá)基板表面的數(shù)量和能量。部分帶正電、質(zhì)量較大的陽(yáng)離子如鎵離子、銦離子和鋅離子等偏轉(zhuǎn)方向相反且偏轉(zhuǎn)很小，大部分不帶電的金屬原子則不受偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)影響。故偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以保證靶材粒子正常到達(dá)基待濺射基板的同時(shí)，限制氧離子對(duì)待濺射基板的轟擊造成的不良影響，提高沉積氧化物半導(dǎo)體薄膜的質(zhì)量和電學(xué)穩(wěn)定性。

在一個(gè)實(shí)施方式中，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生成裝置包括電磁鐵、控制開(kāi)關(guān)及電源，電磁鐵、控制開(kāi)關(guān)及電源形成控制回路，控制開(kāi)關(guān)及電源設(shè)于真空室外。

優(yōu)選地，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生成裝置還包括設(shè)于電源與電磁鐵之間的可變電阻器。

優(yōu)選地，電源為直流電源。

在一個(gè)實(shí)施方式中，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生成裝置對(duì)稱(chēng)的設(shè)置在待濺射基板的兩端。