薄膜沉積裝置及薄膜沉積方法
【專利摘要】本發明提供一種薄膜沉積裝置及薄膜沉積方法，薄膜沉積裝置包括反應腔室、靶材、晶圓支撐裝置、能量控制器以及與所述靶材電連接的功率源，所述功率源設置在所述反應腔室外，所述靶材設置在所述反應腔室內的頂部，所述晶圓支撐裝置設置在所述反應腔室內的底部并與所述靶材相對，所述能量控制器設置在所述靶材和所述晶圓支撐裝置之間并接地，而且在所述能量控制器上設有貫穿其厚度的多個通孔，所述通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程。該薄膜沉積裝置可以減少晶圓表面的損傷。
【專利說明】薄膜沉積裝置及薄膜沉積方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微電子領域，涉及一種薄膜沉積裝置及薄膜沉積方法。
【背景技術】
[0002]物理氣相沉積設備常被用于在晶圓上制備薄膜。圖1為典型的物理氣相沉積設備。如圖1所示，物理氣相沉積設備包括反應腔室，反應腔室具有腔室壁4。在反應腔室的頂部設有靶材1，在靶材I的上方設有磁控管2。在反應腔室I內的底部且與靶材I相對的位置處設有晶圓支撐裝置6，晶圓支撐裝置6處于懸浮狀態(不接地)。晶圓5設置在晶圓支撐裝置6的上表面。在反應腔室I的外部還設有直流電源3，直流電源3的負極與靶材I連接，直流電源3的另一端與腔室壁4連接并接地。
[0003]在物理濺射工藝過程中，在反應腔室內通入氬氣并通過施加功率將氬氣電離成等離子，等離子中的正離子轟擊靶材1，使靶材I的原子和離子溢出，并在晶圓5的表面沉積而獲得所需要的薄膜。在正離子轟擊靶材I的過程中，靶材I表面會溢出二次電子，結合電離體中的自由電子，可以使氬氣持續離化，并在晶圓5的表面聚集而形成負偏壓。該負偏壓會吸引從靶材產生的金屬正離子，增加晶圓5的孔洞溝槽的覆蓋率，同時該負偏壓將吸引氬離子轟擊晶圓5的表面而導致再濺射,如果晶圓5的表面或者界面對晶面的取向及外延生長很敏感，就會導致晶圓5表面損傷。物理濺射工藝通常分成兩步，第一步是高壓啟輝，通常在靶材上施加1000V左右的電壓以得到穩定的等離子體，第二步是正常濺射，此時靶材上施加幾百伏的直流電壓。在高壓啟輝時，由于反應腔室內的自由電子及靶材表面溢出的二次電子的濃度較高，增加了氬氣的離化率，從而加劇了對晶圓5表面的轟擊，使得晶圓5表面的損傷更加明顯。
[0004]因此如何解決晶圓 表面損傷是本領域技術人員面臨的技術問題。

【發明內容】

[0005]為解決上述問題，本發明提供一種薄膜沉積裝置及薄膜沉積方法，其可以減少對晶圓表面的損傷。
[0006]解決上述技術問題的所采用的技術方案是提供一種薄膜沉積裝置，包括反應腔室、靶材、晶圓支撐裝置以及與所述靶材電連接的功率源，所述功率源設置在所述反應腔室外，所述靶材設置在所述反應腔室內的頂部，所述晶圓支撐裝置設置在所述反應腔室內的底部并與所述靶材相對，在所述靶材和所述晶圓支撐裝置之間還設有能量控制器，所述能量控制器接地，在所述能量控制器上設有貫穿其厚度的多個通孔，所述通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程。
[0007]其中，所述能量控制器與所述靶材之間的距離小于所述能量控制器與所述晶圓支撐裝置之間的距離。
[0008]其中，多個所述通孔均勻地分布于所述能量控制器上。
[0009]其中，所述能量控制器采用導電導熱的材料制作。[0010] 其中，所述能量控制器采用鋁制作。
[0011 ] 其中，還包括工藝遮擋筒，所述工藝遮擋筒嵌套在所述反應腔室內，所述能量控制器固定在所述工藝遮擋筒的側壁上。
[0012]本發明還提供一種薄膜沉積裝置，包括反應腔室、靶材、晶圓支撐裝置以及與所述靶材電連接的功率源，所述功率源設置在所述反應腔室外，所述靶材設置在所述反應腔室內的頂部，所述晶圓支撐裝置設置在所述反應腔室內的底部并與所述靶材相對，還包括能量控制器、擺動機構和儲存室，所述能量控制器接地，在所述能量控制器上設有貫穿其厚度的多個通孔，所述通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程，所述儲存室與所述反應腔室連通，所述儲存室用于存放所述能量控制器，所述擺動機構用于在所述反應腔室和所述儲存室之間移動所述能量控制器。 [0013]其中，所述功率源為直流電源，所述靶材與所述直流電源的負極電連接。
[0014]其中，所述功率源為:
[0015]直流電源，所述靶材與所述直流電源的負極電連接；
[0016]射頻電源，所述靶材與所述射頻電源電連接，而且，在所述射頻電源與所述靶材之間設有匹配器，用以使所述射頻電源的阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配。
[0017]其中，所述直流電源與所述靶材之間串接有濾波電路。
[0018]其中，所述功率源為射頻電源，所述射頻電源與所述靶材電連接，用以在所述反應腔室內產生并維持等離子體。
[0019]其中，所述靶材采用金屬或金屬氧化物制作。
[0020]其中，所述薄膜沉積裝置為ITO薄膜沉積裝置。
[0021 ] 其中，所述晶圓支撐裝置包括托盤。
[0022]其中，所述靶材與所述晶圓支撐裝置之間的距離小于10厘米。
[0023]其中，所述晶圓支撐裝置處于懸浮狀態。
[0024]其中，所述通孔的直徑小于或等于10毫米。
[0025]本發明還提供一種薄膜沉積方法，包括步驟:
[0026]A對所述反應腔室抽真空并達到本底真空度；
[0027]B將晶圓放置在反應腔室的晶圓支撐裝置上；
[0028]C將在厚度方向具有多個貫穿通孔且通孔的內徑小于分子碰撞自由程的能量控制器放置在靶材和晶圓之間；
[0029]D向所述反應腔室內通入工藝氣體，并將腔室壓力保持為沉積工藝所需的壓力；
[0030]E向腔室內施加功率將工藝氣體電離為等離子體，即等離子啟輝；
[0031]F維持等離子體，在晶圓上沉積薄膜，即進行正常的濺射沉積工藝。
[0032]其中，在步驟E中，向腔室內施加功率為利用直流電源向反應腔室內施加功率，在步驟F中，利用直流電源或射頻電源或二者同時持續向反應腔室內施加功率以維持等離子體。
[0033]其中，在步驟E中，向腔室內施加功率為利用射頻電源向反應腔室內施加功率，在步驟F中，利用射頻電源或直流電源或二者同時持續向反應腔室內施加功率以維持等離子體。
[0034]其中，在步驟E中，利用直流電源和射頻電源同時向反應腔室內施加功率以電離氣體產生等離子體，在步驟F中，利用直流電源或射頻電源或二者同時持續向反應腔室內施加功率以維持等離子體。
[0035]其中，在步驟E和F之間增加步驟EI，將所述能量控制器從所述靶材和晶圓支撐裝置之間移開。
[0036]其中，在晶圓上沉積的薄膜為ITO膜。
[0037]本發明具有以下有益效果:
[0038]本發明提供的薄膜沉積裝置，在靶材和晶圓支撐裝置之間設有能量控制器，可以減少靶材表面溢出的二次電子及電離體的自電子在晶圓表面聚集，從而降低了晶圓表面的負偏壓，進而可以減弱離子對晶圓表面的轟擊。而且，設置在能量控制器上的通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程，使得離子在到達晶圓表面之前能夠與能量控制器先進行碰撞，從而降低離子的動能，進而減弱了離子對晶圓表面的轟擊。另外，由于通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程，使得通孔的深寬比不再受限制，因此能量控制器的厚度較薄，這樣能夠將能量控制器應用在靶材與晶圓支撐裝置相距較近的反應腔室內，來解決那些對晶圓表面損傷要求較高的工藝問題。
[0039]本發明提供的薄膜沉積方法，在靶材和晶圓支撐裝置之間設有能量控制器，可以減少靶材表面溢出的二次電子及電離體的自由電子向晶圓的表面聚集，從而降低晶圓表面的負偏壓，減弱離子和原子對晶圓表面的轟擊。而且，設置在能量控制器上的通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程，使得離子在到達晶圓表面之前與能量控制器先進行碰撞，從而降低離子的動能，進而減弱了離子對晶圓表面的轟擊；由于通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程，使得通孔的深寬比不再受限制，因此能量控制器的厚度較薄，這樣能夠將能量控制器應用在靶材與晶圓支撐 裝置相距較近的反應腔室內，來解決那些對晶圓表面損傷要求較高的工藝問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為為典型的物理氣相沉積設備示意圖；
[0041]圖2為本發明實施例提供的薄膜沉積裝置示意圖；
[0042]圖3為本發明另一實施例薄膜沉積裝置的結構示意圖；
[0043]圖4為本發明又一實施例薄膜沉積裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0044]為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明提供的薄膜沉積裝置及薄膜沉積方法進行詳細描述。
[0045]本實施例提供一種薄膜沉積裝置，圖2為本發明實施例提供的薄膜沉積裝置示意圖。如圖2所示，薄膜沉積裝置包括反應腔室29，在反應腔室內的頂部設有靶材21，靶材21與功率源電連接，功率源對靶材21施加偏壓。在反應腔室29內的底部設有晶圓支撐裝置26，且晶圓支撐裝置26與靶材21相對。晶圓支撐裝置26可以是托盤或者靜電卡盤、機械卡盤等能夠固定晶圓的裝置即可，晶圓支撐裝置26用于承載晶圓25，晶圓支撐裝置26的承載面為圖中所示晶圓支撐裝置的上表面。
[0046]靶材21可以采用金屬靶材，也可以采用金屬氧化物靶材。在實際應用中，可以根據所需薄膜的類型選擇靶材21的材料。在靶材21和晶圓支撐裝置26之間設有能量控制器27，能量控制器27接地。在能量控制器27上設有貫穿其厚度的多個通孔271，而且通孔271的內徑小于分子碰撞的平均自由程。分子碰撞的平均自由程取決于沉積薄膜時反應腔室29內的工作氣壓。例如，當反應腔室29內的氣壓為2mTorr (毫托)時，能量控制器27上的通孔271的內徑小于IOmm (毫米)即可。此外，通孔271的形狀可以是圓形或方形或其它形狀。但優選采用圓形，以利于通孔271的加工。
[0047]能量控制器27可以抑制靶材表面溢出的二次電子及電離體的自由電子向晶圓25的表面聚集，從而降低晶圓25表面的負偏壓,進而可以減弱離子和原子對晶圓25表面的轟擊。更重要的是，由于通孔271的內徑小于分子碰撞的平均自由程，使得離子在到達晶圓表面之前能夠與能量控制器先進行碰撞，降低了離子的動能，從而減弱了離子對晶圓表面的轟擊；同時，由于通孔271的深寬比不再受限制，因此能量控制器27的厚度較薄，能夠被應用在靶材與晶圓支撐裝置相距較近的反應腔室內。
[0048]優選地，能量控制器27更加靠近靶材21 —側設置，即能量控制器27與靶材21之間的距離小于能量控制器27與晶圓支撐裝置26之間的距離。這樣可以更好地抑制由靶材21表面溢出的二次電子和電離體的自由電子向晶圓25表面聚集,從而進一步降低晶圓表面的負偏壓。
[0049]本實施例中，能量控制器27采用諸如鋁等導電導熱的材料制作。
[0050]優選地，多個通孔271均勻地分布在能量控制器27上，從而獲得均勻分布的蜂窩狀能量控制器27，這種能量控制器27可以使金屬離子和原子均勻地通過能量控制器27，從而提高沉積的薄膜的均勻性。
[0051]本實施例中，在反應腔室29的內側嵌套有工藝遮擋筒24，工藝遮擋筒24接地。工藝遮擋筒24不僅可以吸收電子，對晶圓25起到屏蔽的作用，而且可以避免靶材上濺射出的材料沉積在反應腔室29的內壁上，用于保護反應腔室免受轟擊。
[0052]本實施例能量控制器27通過以下方式固定在工藝遮擋筒24的側壁，如:在工藝遮擋筒24側壁的內側設置朝向反應腔室內側方向凸出的臺階(未示出)，將能量控制器27固定在該臺階上；或者通過螺釘或螺栓將能量控制器27固定在工藝遮擋筒24的側壁的內側。當將能量控制器27固定在工藝遮擋筒24上時，通常工藝遮擋桶會進行接地處理，因此由于能量控制器27與工藝遮擋桶連接，從而可以使工藝遮擋筒24實現接地。
[0053]本實施例中，在靶材21的上方設有磁控管22。功率源為直流電源23，靶材21與直流電源23的負極連接，直流電源23的正極接地。直流電源23向靶材21提供負電壓。當將氬氣等工藝氣體通入反應腔室29內并電離后，等離子體中的正離子轟擊靶材21，使靶材21的原子和金屬離子溢出，并在晶圓25的表面沉積。
[0054]圖3為本發明另一實施例薄膜沉積裝置的結構示意圖。如圖3所示，薄膜沉積裝置包括擺動機構和儲存室31，其中，儲存室31緊靠反應腔室29設置并與反應腔室29連通。儲存室31用于存放能量控制器27。擺動機構用于在反應腔室29和儲存室31之間移動能量控制器27，如將能量控制器27移動至靶材21與晶圓支撐裝置26之間，以及將能量控制器27自靶材21與晶圓支撐裝置26之間移開。使用本實施例的薄膜沉積裝置進行沉積工藝時，當擺動機構將能量 控制器放置在靶材21和晶圓支撐裝置26之間后，優選關閉反應腔室29與存儲室31之間的連通通口，使反應腔室保持對稱的工藝環境，從而使晶圓表面沉積的薄膜更加均勻。
[0055]本實施例中，擺動機構包括驅動單元32和擺動臂33，驅動單元32可以固定在儲存室31的室壁上或者固定在反應腔室29的室壁上。當然，驅動單元也可以設置在反應腔室29和存儲室31的外部，只要能夠實現驅動擺動臂進行工作即可。擺動臂33的一端與驅動單元32連接，擺動臂33的另一端與能量控制器27連接。在驅動單元32的驅動下，擺動臂33帶動能量控制器27在反應腔室29和儲存室31之間移動。當然，本實施例中的擺動臂33也可以是機械手，通過機械手將能量控制器27在反應腔室29和存儲室31間的移動。需要說明的是，擺動臂33將能量控制器27從存儲室31移至反應腔室29后，擺動臂33可以作為能量控制器27的支撐結構，也可以是擺動臂33將能量控制器27放置在反應腔室29的內壁上，比如上述實施例中提到的工藝遮擋桶的臺階上，然后擺動臂33離開反應腔室，退回到存儲室或其他能夠存放擺動臂的地方。
[0056]在本實施例中，驅動單元32可以為電機或氣缸等驅動機構。本實施例的其它結構與上述實施例相同，在此不再贅述。
[0057]當然，擺動機構并不局限于上述結構，擺動機構也可以采用其他結構形式，只要能夠使能量控制器27在反應腔室29和存儲室31之間移動即可。
[0058]在本實施例中，功率源采用射頻電源23'，將射頻電源23'與靶材21電連接，利用射頻電源產生并維持等離子體。在靶材21與射頻電源23'之間串接匹配器28，用以使射頻電源23'的輸出阻抗與反應腔室29的阻抗相匹配，以提高射頻能量的利用率。
[0059]本實施例提供的薄膜沉積裝置的使用方法如下:在啟輝階段，將能量控制器27放置在靶材21和晶圓支撐裝置26之間，以降低被加工工件25表面的負偏壓；在正常濺射階段，利用擺動機構將能量控制器27自靶材21和晶圓支撐裝置26之間移開，以提高薄膜的沉積速率以及薄膜的均勻性。
[0060]本發明還提供一種薄膜沉積裝置，如圖4所示為本發明又一實施例薄膜沉積裝置的結構示意圖。圖4中，薄膜沉積裝置中的功率源包括直流電源23、射頻電源23'和匹配器28，靶材21既與直流電源23的負極電連接，又與射頻電源23'電連接，匹配器28串接在射頻電源23'與靶材21之間，用以使射頻電源23'的輸出阻抗與反應腔室29的阻抗匹配，以提高射頻能量的利用率。在靶材21和直流電源23之間還可以串接濾波電路，用以降低或避免射頻對直流電源23的干擾。濾波電路可以由純電容，或者由電容和電感構成。濾波電路的形式可以借鑒現有技術，本發明對此沒有特別要求，只要能夠避免射頻對直流的干擾即可
[0061]本實施例的其它結構與上述實施例相同，在此不再贅述。
·[0062]需要說明的是，本發明中的能量控制器27主要用于避免靶材表面溢出的二次電子及等離子體中的自由電子在晶圓表面聚集形成高的負偏壓，其并不需要控制離子的運動軌跡，因此，能量控制器27的厚度不再受通孔深寬比的限制，所以能量控制器27的厚度可以較薄。比如可以做到5mm。因此，能量控制器27適用于靶材21與晶圓支撐裝置26之間距離較小的薄膜沉積裝置，比如LED的ITO薄膜沉積裝置。當然，本發明提供的能量控制器特別適用于靶材與晶圓支撐裝置之間的距離小于10厘米的薄膜沉積裝置。當然，本發明也可以用于靶材和晶圓支撐裝置之間距離較遠的物理氣相沉積裝置中，比如靶材和晶圓支撐裝置之間的距離為40cm的物理氣相沉積裝置中，用于解決該物理沉積裝置在晶圓表面沉積薄膜時產生的晶圓表面損傷的問題。可以理解的是，只要是通過在靶材和晶圓支撐裝置之間設置能量控制器降低晶圓表面損傷的物理氣相沉積裝置都在本發明的保護范圍內。
[0063]還需說明的是，能量控制器27降低了沉積到晶圓表面的離子和原子的能量，從而可以降低晶圓表面的損傷。因此，能量控制器27特別適用于對晶圓表面損傷要求較高的薄膜制備。另外，對于晶圓表面損傷要求高的薄膜設備，如果希望進一步降低薄膜的損傷，則可以選擇使晶圓支撐裝置26處于懸浮狀態，即晶圓支撐裝置26不與提供偏置電壓的功率源進行連接。
[0064]本實施例提供的薄膜沉積裝置可以應用于LED領域，用于制備LED ITO薄膜，也可以用于制備諸如光學薄膜等其它薄膜。當利用上述實施例提供的薄膜沉積裝置制作ITO(銦錫氧化物)薄膜時，該薄膜沉積裝置被稱之為ITO薄膜沉積裝置。
[0065]本實施例提供的薄膜沉積裝置，在靶材和晶圓支撐裝置之間設有能量控制器，以減少靶材表面溢出的二次電子及電離體的自電子在晶圓表面聚集，從而降低了晶圓表面的負偏壓，進而可以減弱離子對晶圓表面的轟擊。而且，通過設置能量控制器使得離子在到達晶圓表面之前能夠與能量控制器先進行碰撞，從而降低離子的動能，進而減弱了離子對晶圓表面的轟擊。
[0066]本發明還提供一種薄膜沉積方法，其基于上述實施例提供的薄膜沉積裝置。下面以制備銦錫氧化物薄膜為例，介紹本實施例薄膜沉積方法，其包括以下步驟:
[0067]步驟S11，對所述反應腔室抽真空并達到本底真空度。
[0068]對反應腔室抽真空，使反應腔室內的氣體壓力(即本底真空度)達到KT8Torr左右。當然，反應腔室內的氣體壓力可以根據薄膜的特性而調整。
[0069]步驟S12，將晶圓放置在反應腔室的晶圓支撐裝置上。
[0070]將晶圓放置在托盤上，然后再將承載有晶圓的托盤放置在晶圓支撐裝置。
[0071]步驟S13，在靶材和晶圓支撐裝置之間設置能量控制器，能量控制器上設有貫穿其厚度的多個通孔，通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程。
[0072]步驟S14，向反應腔室內通入反應氣體，并將腔室壓力保持為沉積工藝所需的壓力。
[0073]向反應腔室內通入氬氣，氬氣的流量為20SCCm (標況毫升每分鐘)，使反應腔室內的壓力達到2mTorr。
[0074]步驟S15，向腔室內施加功率將氬氣電離為等離子體，即等離子體啟輝。
[0075]步驟S16，維持等離子體，在晶圓上沉積薄膜，即進行正常的濺射沉積工藝。
[0076]本實施例中進行步驟S15和S16時，均利用直流電源進行等離子啟輝和維持，即利用直流電源向反應腔室內施加功率以電離氣體產生等離子體以及維持等離子體，在整個工藝過程中，即啟輝階段和正常濺射沉積階段，均將能量控制器放置在靶材和晶圓支撐裝置之間，以降低晶圓表面的 負偏壓；
[0077]在正常濺射階段，將能量控制器自靶材和晶圓支撐裝置之間移去，以提高薄膜的沉靜速率和薄膜的均勻性。
[0078]本實施例還提供另一種薄膜沉積方法，其基于上述變型實施例提供的薄膜沉積裝置。本實施例的薄膜沉積方法，其包括以下步驟:
[0079]步驟S21，對所述反應腔室抽真空并達到本底真空度。[0080]對反應腔室抽真空，使反應腔室內的氣體壓力(即本底真空度)達到10_8Torr左右。當然，反應腔室內的氣體壓力可以根據薄膜的特性而調整。
[0081]步驟S22，將被沉積晶圓放置在反應腔室的晶圓支撐裝置上。
[0082]將晶圓放置在托盤上，然后再將承載有晶圓的托盤放置在晶圓支撐裝置。
[0083]步驟S23，在靶材和晶圓支撐裝置之間設置能量控制器，在能量控制器上設有貫穿其厚度的多個通孔，通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程。
[0084]將能量控制器放置在靶材和晶圓支撐裝置之間，以減少靶材表面溢出的二次電子及電離體的自由電子向晶圓的表面聚集，從而降低晶圓表面的負偏壓，減弱離子和原子對晶圓表面的轟擊。
[0085]步驟S24，向反應腔室內通入反應氣體，并將腔室壓力保持為沉積工藝所需的壓力。
[0086]向反應腔室內通入氬氣，氬氣的流量為20SCCm (標況毫升每分鐘)，使反應腔室內的壓力保持在2mTorr。
[0087]步驟S25，向腔室內施加功率將氬氣電離為等離子體，即等離子體啟輝。
[0088]步驟S26，將能量控制器從所述靶材和晶圓支撐裝置之間移開。
[0089]利用擺動機構將能量控制器從所述靶材和晶圓支撐裝置之間移開。
[0090]步驟S27，維持等離子體，在晶圓上沉積薄膜，即進行正常的濺射沉積工藝。
[0091]在等離子體啟輝后將能量控制器自靶材和晶圓支撐裝置之間移開，實施正常濺射沉積。
[0092]本實施例利用直流電源和射頻電源進行濺射，即，利用直流電源和射頻電源同時向反應腔室內施加功率以電離氣體產生等離子體并維持等離子。在啟輝階段，將能量控制器放置在靶材和晶圓支撐裝置之間，以降低晶圓表面的負偏壓；在正常濺射階段，將能量控制器自靶材和晶圓支撐裝置之間移去，以提高薄膜的沉積速率和薄膜的均勻性。
[0093]在本實施例中，在啟輝階段，也可以僅利用直流電源或射頻電源向反應腔室內施加功率以電離氣體產生等離子體。在正常濺射階段，可以利用直流電源或射頻電源或二者同時持續向反應腔室內施加功率以維持等離子體。
[0094]在進行物理氣相沉積工藝時，通過在靶材21和晶圓支撐裝置26之間設置能量控制器27能夠降低晶圓25表面的負偏壓。比如在進行銅濺射工藝時，通過在靶材21與晶圓支撐裝置26之間設置能量控制器27，通過測量可知晶圓25表面的偏壓為+0.5V。而在靶材21與晶圓支撐裝置26之間不設置能量控制器27時，晶圓25表面的偏壓為-1lV~-18V。
[0095]另外，當在晶圓表面沉積ITO膜時，在靶材21與晶圓支撐裝置26之間設置能量控制器27時，晶圓25表面的偏壓為-0.1V，在靶材21與晶圓支撐裝置26之間不設置能量控制器27時，晶圓25表面的偏壓為-49V。
[0096]由此可知，能量控制器27大大降低了晶圓25表面的偏壓。
[0097]另外，在LED ITO薄膜沉積工藝時有無能量控制器的對比實驗中，光電二極管的正向開啟電壓可降低14%。
[0098]本發明并不局限于上述實施例介紹的薄膜沉積方法。本發明提供的薄膜沉積方法，在啟輝階段，既可以用直流電源或射頻電源啟輝，也可以同時利用直流電源和射頻電源啟輝；在正常濺射沉積階段，既可以用直流電源或射頻電源維持等離子體，也可以同時利用直流電源和射頻電源維持等離子體。而且，在啟輝階段，在靶材和晶圓支撐裝置之間設置能量控制器，以降低離子和原子對晶圓表面的轟擊；在正常濺射沉積階段，能量控制器既可以設置在靶材和晶圓支撐裝置之間，也可以將其撤離。不管以上述何種方式組合使用，均屬于本發明的保護范圍。
[0099]本發明提供的薄膜沉積方法，在靶材和晶圓支撐裝置之間設有能量控制器，可以減少靶材表面溢出的二次電子及電離體的自由電子向被沉積器件晶圓的表面聚集，從而降低被晶圓表面的負偏壓，減弱離子和原子對被晶圓表面的轟擊。而且，設置在能量控制器上的通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程，使得離子在到達晶圓表面之前與能量控制器先進行碰撞，從而降低離子和原子的動能，進一步減弱了離子和原子對晶圓表面的轟擊；由于為了降低對晶圓表面的損傷，故只需要通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程即可，通孔的深寬比不受限制，因此能量控制器的厚度可以做得較薄，比如5mm，這樣能夠將能量控制器應用在靶材與晶圓支撐裝置相距較近的反應腔室內，來解決那些對晶圓表面損傷要求較高的工藝問題。
[0100]另外，上述實施例中的晶圓可以是藍寶石襯底，也可以是硅片，本發明對此沒有特別要求，在進行LED ITO膜沉積時，通常是在藍寶石襯底上沉積ITO膜。
[0101]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出 各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種薄膜沉積裝置，包括反應腔室、靶材、晶圓支撐裝置以及與所述靶材電連接的功率源，所述功率源設置在所述反應腔室外，所述靶材設置在所述反應腔室內的頂部，所述晶圓支撐裝置設置在所述反應腔室內的底部并與所述靶材相對，其特征在于，在所述靶材和所述晶圓支撐裝置之間還設有能量控制器，所述能量控制器接地，在所述能量控制器上設有貫穿其厚度的多個通孔，所述通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程。
2.根據權利要求1所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述能量控制器與所述靶材之間的距離小于所述能量控制器與所述晶圓支撐裝置之間的距離。
3.根據權利要求1所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，多個所述通孔均勻地分布于所述能量控制器上。
4.根據權利要求1所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述能量控制器采用導電導熱的材料制作。
5.根據權利要求4所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述能量控制器采用鋁制作。
6.根據權利要求1所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，還包括工藝遮擋筒，所述工藝遮擋筒嵌套在所述反應腔室內，所述能量控制器固定在所述工藝遮擋筒的側壁上。
7.一種薄膜沉積裝置，包括反應腔室、靶材、晶圓支撐裝置以及與所述靶材電連接的功率源，所述功率源設置在所述反應腔室外，所述靶材設置在所述反應腔室內的頂部，所述晶圓支撐裝置設置在所述反應腔室內的底部并與所述靶材相對，其特征在于，還包括能量控制器、擺動機構和儲存室，所述能量控制器接地，在所述能量控制器上設有貫穿其厚度的多個通孔，所述通孔的內徑小于分子碰撞的平均自由程，所述儲存室與所述反應腔室連通，所述儲存室用于存放所述能量控制器，所述擺動機構用于在所述反應腔室和所述儲存室之間移動所述能量控制器。
8.根據權利要求1或7所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述功率源為直流電源，所述靶材與所述直流電源的負極電·連接。
9.根據權利要求1或7所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述功率源為: 直流電源，所述靶材與所述直流電源的負極電連接； 射頻電源，所述靶材與所述射頻電源電連接，而且，在所述射頻電源與所述靶材之間設有匹配器，用以使所述射頻電源的阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配。
10.根據權利要求9所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述直流電源與所述靶材之間串接有濾波電路。
11.根據權利要求1或I所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述功率源為射頻電源，所述射頻電源與所述靶材電連接，用以在所述反應腔室內產生并維持等離子體。
12.根據權利要求1或7所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述靶材采用金屬或金屬氧化物制作。
13.根據權利要求1或7所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述薄膜沉積裝置為ITO薄膜沉積裝置。
14.根據權利要求13所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述晶圓支撐裝置包括托盤。
15.根據權利要求1或7所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述靶材與所述晶圓支撐裝置之間的距離小于10厘米。
16.根據權利要求1或7所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述晶圓支撐裝置處于懸浮狀態。
17.根據權利要求1或7所述的薄膜沉積裝置，其特征在于，所述通孔的直徑小于或等于10毫米。
18.—種薄膜沉積方法，包括步驟: A對所述反應腔室抽真空并達到本底真空度； B將晶圓放置在反應腔室的晶圓支撐裝置上； C將在厚度方向具有多個貫穿通孔且通孔的內徑小于分子碰撞自由程的能量控制器放置在祀材和晶圓之間； D向所述反應腔室內通入工藝氣體，并將腔室壓力保持為沉積工藝所需的壓力； E向腔室內施加功率將工藝氣體電離為等離子體，即等離子啟輝； F維持等離子體，在晶圓上沉積薄膜，即進行正常的濺射沉積工藝。
19.根據權利要求18所述的薄膜沉積方法，其特征在于，在步驟E中，向腔室內施加功率為利用直流電源向反應腔室內施加功率，在步驟F中，利用直流電源或射頻電源或二者同時持續向反應腔室內施加功率以維持等離子體。
20.根據權利要求18所述的薄膜沉積方法，其特征在于，在步驟E中，向腔室內施加功率為利用射頻電源向反應腔室內施加功率，在步驟F中，利用射頻電源或直流電源或二者同時持續向反應腔室內施加 功率以維持等離子體。
21.根據權利要求18所述的薄膜沉積方法，其特征在于，在步驟E中，利用直流電源和射頻電源同時向反應腔室內施加功率以電離氣體產生等離子體，在步驟F中，利用直流電源或射頻電源或二者同時持續向反應腔室內施加功率以維持等離子體。
22.根據權利要求18所述的薄膜沉積方法，其特征在于，在步驟E和F之間增加步驟El，將所述能量控制器從所述靶材和晶圓支撐裝置之間移開。
23.根據權利要求18所述的薄膜沉積方法，其特征在于，在晶圓上沉積的薄膜為ITO膜。
【文檔編號】C23C14/54GK103572244SQ201210250738
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月19日 優先權日:2012年7月19日
【發明者】王厚工, 丁培軍, 耿波, 李楊超, 武學偉 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司