[發明專利]濺射沉積設備和方法

在審

• 申請號: 202111140928.6
• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN114318261A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: S.M.卡利
• 申請（專利權）人: 戴森技術有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/56;H01J37/32;H01J37/34
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張邦帥

一種用于將濺射材料從濺射靶濺射到基底上的濺射沉積設備。該濺射沉積設備包括具有射頻(RF)天線的等離子體天線組件，天線布置成由電流驅動，以便在等離子體產生區域中產生等離子體。等離子體天線組件配置為螺旋等離子體源，用于產生沿發射方向遠離天線傳播的螺旋波。天線在橫向于發射方向的縱向方向上是細長的。包括一個或多個磁體的限制裝置配置成將遠離等離子體天線組件的等離子體限制成沿天線的縱向方向橫向延伸的片。

技術領域

本發明涉及濺射沉積設備，更具體地說，涉及濺射沉積設備中的等離子體產生。本發明還涉及濺射沉積的方法。

背景技術

沉積是將目標材料沉積在表面例如基底上的過程。沉積的示例是薄膜沉積，其中薄層(通常從約一納米或甚至幾分之一納米到幾微米或甚至幾十微米)沉積在基底上，比如硅晶片或卷材。

薄膜沉積的示例技術是物理氣相沉積(PVD)，其中冷凝相的靶材料被蒸發以產生蒸汽。蒸汽然后冷凝到基底表面。PVD的示例是濺射沉積，其中由于高能粒子比如離子的轟擊，粒子從靶材料中噴出。在濺射沉積的示例中，濺射氣體比如惰性氣體例如氬氣在低壓下被引入真空室，并且濺射氣體使用高能電子被電離以產生等離子體。通過等離子體的離子的轟擊，粒子從靶材料中噴出。噴出的粒子然后可以沉積在基底表面上。濺射沉積相對于其他薄膜沉積方法比如蒸發具有的優勢在于，可以在不需要加熱靶材料的情況下沉積靶材料，這又可以減少或防止對基底的熱損傷。

已知的濺射沉積技術采用磁控管，其中輝光放電與磁場結合，在靠近靶的圓形區域引起等離子體密度增加。等離子體密度增加可以導致沉積速率的增加。然而，磁控管的使用導致靶的圓形“跑道”形狀的侵蝕輪廓，這限制了靶的利用，并且會對所得沉積的均勻性產生負面影響。希望提供均勻和/或有效的濺射沉積，以提高在工業應用中的實用性。

WO2011/131921公開了一種濺射沉積設備，其中密度為10¹¹cm^-3的均勻等離子體由與濺射靶分開的細長氣體等離子體源產生。如此產生的等離子體被磁性引導并限制在濺射的附近。這種遠程產生的等離子體裝置可以提供優于磁控管裝置的各種優點，例如濺射靶的更均勻(較少局部化)的濺射，這可以導致沉積速率的顯著增加，以及在不適合產生等離子體的條件下操作和/或保持濺射靶的能力。

通常，濺射沉積設備中的等離子體密度越高，可以獲得的沉積速率越高。(等離子體密度也可稱為電子密度，或每單位體積的自由電子數)。眾所周知，螺旋等離子體源具有高電離效率，因此可以產生高等離子體密度。通常，螺旋等離子體源可以產生比使用電感耦合等離子體(ICP)源產生的更高的等離子體密度。在ICP中，等離子體可以有效地保護自身免受外部振蕩場的影響，因此可能僅經歷薄層內等離子體的表面加熱。螺旋等離子體源產生螺旋波，該螺旋波可以傳播到等離子體中，這可以通過波加熱將等離子體激發到更大的深度。已知在濺射沉積設備中使用螺旋等離子體源來產生等離子體。然而，現有技術的螺旋等離子體源通常需要圓柱形源室，這對于濺射沉積到大基底上來說是難以放大的。

本發明尋求減輕一個或多個上述問題。可替代地或另外，本發明尋求提供一種改進的濺射沉積設備和/或濺射沉積方法。

發明內容

根據第一方面，本發明提供了一種用于將濺射材料從濺射靶濺射到基底上的濺射沉積設備，該濺射沉積設備包括：處理室；布置成接收基底的基底組件；布置成接收濺射靶的濺射靶組件，濺射靶組件與基底組件間隔開，沉積區限定在濺射靶組件和基底組件之間；包括射頻(RF)天線的等離子體天線組件，天線布置成由電流驅動，以便在等離子體產生區域中產生等離子體；以及包括一個或多個磁體(例如電磁體)的限制裝置，磁體布置成提供限制磁場，以將由等離子體天線組件產生的等離子體限制到沉積區，沉積區遠離等離子體天線組件；其中等離子體天線組件配置為螺旋等離子體源，用于產生在發射方向上遠離天線傳播的螺旋波，天線在橫向于發射方向的縱向方向上是細長的；并且其中限制裝置配置成將遠離等離子體天線組件的等離子體限制成沿天線的縱向方向橫向延伸的片。