薄膜沉积装置及薄膜沉积方法
【专利摘要】本发明提供一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法，薄膜沉积装置包括反应腔室、靶材、晶圆支撑装置、能量控制器以及与所述靶材电连接的功率源，所述功率源设置在所述反应腔室外，所述靶材设置在所述反应腔室内的顶部，所述晶圆支撑装置设置在所述反应腔室内的底部并与所述靶材相对，所述能量控制器设置在所述靶材和所述晶圆支撑装置之间并接地，而且在所述能量控制器上设有贯穿其厚度的多个通孔，所述通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程。该薄膜沉积装置可以减少晶圆表面的损伤。
【专利说明】薄膜沉积装置及薄膜沉积方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子领域，涉及一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法。
【背景技术】
[0002]物理气相沉积设备常被用于在晶圆上制备薄膜。图1为典型的物理气相沉积设备。如图1所示，物理气相沉积设备包括反应腔室，反应腔室具有腔室壁4。在反应腔室的顶部设有靶材1，在靶材I的上方设有磁控管2。在反应腔室I内的底部且与靶材I相对的位置处设有晶圆支撑装置6，晶圆支撑装置6处于悬浮状态(不接地)。晶圆5设置在晶圆支撑装置6的上表面。在反应腔室I的外部还设有直流电源3，直流电源3的负极与靶材I连接，直流电源3的另一端与腔室壁4连接并接地。
[0003]在物理溅射工艺过程中，在反应腔室内通入氩气并通过施加功率将氩气电离成等离子，等离子中的正离子轰击靶材1，使靶材I的原子和离子溢出，并在晶圆5的表面沉积而获得所需要的薄膜。在正离子轰击靶材I的过程中，靶材I表面会溢出二次电子，结合电离体中的自由电子，可以使氩气持续离化，并在晶圆5的表面聚集而形成负偏压。该负偏压会吸引从靶材产生的金属正离子，增加晶圆5的孔洞沟槽的覆盖率，同时该负偏压将吸引氩离子轰击晶圆5的表面而导致再溅射,如果晶圆5的表面或者界面对晶面的取向及外延生长很敏感，就会导致晶圆5表面损伤。物理溅射工艺通常分成两步，第一步是高压启辉，通常在靶材上施加1000V左右的电压以得到稳定的等离子体，第二步是正常溅射，此时靶材上施加几百伏的直流电压。在高压启辉时，由于反应腔室内的自由电子及靶材表面溢出的二次电子的浓度较高，增加了氩气的离化率，从而加剧了对晶圆5表面的轰击，使得晶圆5表面的损伤更加明显。
[0004]因此如何解决晶圆 表面损伤是本领域技术人员面临的技术问题。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法，其可以减少对晶圆表面的损伤。
[0006]解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种薄膜沉积装置，包括反应腔室、靶材、晶圆支撑装置以及与所述靶材电连接的功率源，所述功率源设置在所述反应腔室外，所述靶材设置在所述反应腔室内的顶部，所述晶圆支撑装置设置在所述反应腔室内的底部并与所述靶材相对，在所述靶材和所述晶圆支撑装置之间还设有能量控制器，所述能量控制器接地，在所述能量控制器上设有贯穿其厚度的多个通孔，所述通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程。
[0007]其中，所述能量控制器与所述靶材之间的距离小于所述能量控制器与所述晶圆支撑装置之间的距离。
[0008]其中，多个所述通孔均匀地分布于所述能量控制器上。
[0009]其中，所述能量控制器采用导电导热的材料制作。[0010] 其中，所述能量控制器采用铝制作。
[0011 ] 其中，还包括工艺遮挡筒，所述工艺遮挡筒嵌套在所述反应腔室内，所述能量控制器固定在所述工艺遮挡筒的侧壁上。
[0012]本发明还提供一种薄膜沉积装置，包括反应腔室、靶材、晶圆支撑装置以及与所述靶材电连接的功率源，所述功率源设置在所述反应腔室外，所述靶材设置在所述反应腔室内的顶部，所述晶圆支撑装置设置在所述反应腔室内的底部并与所述靶材相对，还包括能量控制器、摆动机构和储存室，所述能量控制器接地，在所述能量控制器上设有贯穿其厚度的多个通孔，所述通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程，所述储存室与所述反应腔室连通，所述储存室用于存放所述能量控制器，所述摆动机构用于在所述反应腔室和所述储存室之间移动所述能量控制器。 [0013]其中，所述功率源为直流电源，所述靶材与所述直流电源的负极电连接。
[0014]其中，所述功率源为:
[0015]直流电源，所述靶材与所述直流电源的负极电连接；
[0016]射频电源，所述靶材与所述射频电源电连接，而且，在所述射频电源与所述靶材之间设有匹配器，用以使所述射频电源的阻抗与所述反应腔室的阻抗匹配。
[0017]其中，所述直流电源与所述靶材之间串接有滤波电路。
[0018]其中，所述功率源为射频电源，所述射频电源与所述靶材电连接，用以在所述反应腔室内产生并维持等离子体。
[0019]其中，所述靶材采用金属或金属氧化物制作。
[0020]其中，所述薄膜沉积装置为ITO薄膜沉积装置。
[0021 ] 其中，所述晶圆支撑装置包括托盘。
[0022]其中，所述靶材与所述晶圆支撑装置之间的距离小于10厘米。
[0023]其中，所述晶圆支撑装置处于悬浮状态。
[0024]其中，所述通孔的直径小于或等于10毫米。
[0025]本发明还提供一种薄膜沉积方法，包括步骤:
[0026]A对所述反应腔室抽真空并达到本底真空度；
[0027]B将晶圆放置在反应腔室的晶圆支撑装置上；
[0028]C将在厚度方向具有多个贯穿通孔且通孔的内径小于分子碰撞自由程的能量控制器放置在靶材和晶圆之间；
[0029]D向所述反应腔室内通入工艺气体，并将腔室压力保持为沉积工艺所需的压力；
[0030]E向腔室内施加功率将工艺气体电离为等离子体，即等离子启辉；
[0031]F维持等离子体，在晶圆上沉积薄膜，即进行正常的溅射沉积工艺。
[0032]其中，在步骤E中，向腔室内施加功率为利用直流电源向反应腔室内施加功率，在步骤F中，利用直流电源或射频电源或二者同时持续向反应腔室内施加功率以维持等离子体。
[0033]其中，在步骤E中，向腔室内施加功率为利用射频电源向反应腔室内施加功率，在步骤F中，利用射频电源或直流电源或二者同时持续向反应腔室内施加功率以维持等离子体。
[0034]其中，在步骤E中，利用直流电源和射频电源同时向反应腔室内施加功率以电离气体产生等离子体，在步骤F中，利用直流电源或射频电源或二者同时持续向反应腔室内施加功率以维持等离子体。
[0035]其中，在步骤E和F之间增加步骤EI，将所述能量控制器从所述靶材和晶圆支撑装置之间移开。
[0036]其中，在晶圆上沉积的薄膜为ITO膜。
[0037]本发明具有以下有益效果:
[0038]本发明提供的薄膜沉积装置，在靶材和晶圆支撑装置之间设有能量控制器，可以减少靶材表面溢出的二次电子及电离体的自电子在晶圆表面聚集，从而降低了晶圆表面的负偏压，进而可以减弱离子对晶圆表面的轰击。而且，设置在能量控制器上的通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程，使得离子在到达晶圆表面之前能够与能量控制器先进行碰撞，从而降低离子的动能，进而减弱了离子对晶圆表面的轰击。另外，由于通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程，使得通孔的深宽比不再受限制，因此能量控制器的厚度较薄，这样能够将能量控制器应用在靶材与晶圆支撑装置相距较近的反应腔室内，来解决那些对晶圆表面损伤要求较高的工艺问题。
[0039]本发明提供的薄膜沉积方法，在靶材和晶圆支撑装置之间设有能量控制器，可以减少靶材表面溢出的二次电子及电离体的自由电子向晶圆的表面聚集，从而降低晶圆表面的负偏压，减弱离子和原子对晶圆表面的轰击。而且，设置在能量控制器上的通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程，使得离子在到达晶圆表面之前与能量控制器先进行碰撞，从而降低离子的动能，进而减弱了离子对晶圆表面的轰击；由于通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程，使得通孔的深宽比不再受限制，因此能量控制器的厚度较薄，这样能够将能量控制器应用在靶材与晶圆支撑 装置相距较近的反应腔室内，来解决那些对晶圆表面损伤要求较高的工艺问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1为为典型的物理气相沉积设备示意图；
[0041]图2为本发明实施例提供的薄膜沉积装置示意图；
[0042]图3为本发明另一实施例薄膜沉积装置的结构示意图；
[0043]图4为本发明又一实施例薄膜沉积装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0044]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的薄膜沉积装置及薄膜沉积方法进行详细描述。
[0045]本实施例提供一种薄膜沉积装置，图2为本发明实施例提供的薄膜沉积装置示意图。如图2所示，薄膜沉积装置包括反应腔室29，在反应腔室内的顶部设有靶材21，靶材21与功率源电连接，功率源对靶材21施加偏压。在反应腔室29内的底部设有晶圆支撑装置26，且晶圆支撑装置26与靶材21相对。晶圆支撑装置26可以是托盘或者静电卡盘、机械卡盘等能够固定晶圆的装置即可，晶圆支撑装置26用于承载晶圆25，晶圆支撑装置26的承载面为图中所示晶圆支撑装置的上表面。
[0046]靶材21可以采用金属靶材，也可以采用金属氧化物靶材。在实际应用中，可以根据所需薄膜的类型选择靶材21的材料。在靶材21和晶圆支撑装置26之间设有能量控制器27，能量控制器27接地。在能量控制器27上设有贯穿其厚度的多个通孔271，而且通孔271的内径小于分子碰撞的平均自由程。分子碰撞的平均自由程取决于沉积薄膜时反应腔室29内的工作气压。例如，当反应腔室29内的气压为2mTorr (毫托)时，能量控制器27上的通孔271的内径小于IOmm (毫米)即可。此外，通孔271的形状可以是圆形或方形或其它形状。但优选采用圆形，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电子及电离体的自由电子向晶圆25的表面聚集，从而降低晶圆25表面的负偏压,进而可以减弱离子和原子对晶圆25表面的轰击。更重要的是，由于通孔271的内径小于分子碰撞的平均自由程，使得离子在到达晶圆表面之前能够与能量控制器先进行碰撞，降低了离子的动能，从而减弱了离子对晶圆表面的轰击；同时，由于通孔271的深宽比不再受限制，因此能量控制器27的厚度较薄，能够被应用在靶材与晶圆支撑装置相距较近的反应腔室内。
[0048]优选地，能量控制器27更加靠近靶材21 —侧设置，即能量控制器27与靶材21之间的距离小于能量控制器27与晶圆支撑装置26之间的距离。这样可以更好地抑制由靶材21表面溢出的二次电子和电离体的自由电子向晶圆25表面聚集,从而进一步降低晶圆表面的负偏压。
[0049]本实施例中，能量控制器27采用诸如铝等导电导热的材料制作。
[0050]优选地，多个通孔271均匀地分布在能量控制器27上，从而获得均匀分布的蜂窝状能量控制器27，这种能量控制器27可以使金属离子和原子均匀地通过能量控制器27，从而提高沉积的薄膜的均匀性。
[0051]本实施例中，在反应腔室29的内侧嵌套有工艺遮挡筒24，工艺遮挡筒24接地。工艺遮挡筒24不仅可以吸收电子，对晶圆25起到屏蔽的作用，而且可以避免靶材上溅射出的材料沉积在反应腔室29的内壁上，用于保护反应腔室免受轰击。
[0052]本实施例能量控制器27通过以下方式固定在工艺遮挡筒24的侧壁，如:在工艺遮挡筒24侧壁的内侧设置朝向反应腔室内侧方向凸出的台阶(未示出)，将能量控制器27固定在该台阶上；或者通过螺钉或螺栓将能量控制器27固定在工艺遮挡筒24的侧壁的内侧。当将能量控制器27固定在工艺遮挡筒24上时，通常工艺遮挡桶会进行接地处理，因此由于能量控制器27与工艺遮挡桶连接，从而可以使工艺遮挡筒24实现接地。
[0053]本实施例中，在靶材21的上方设有磁控管22。功率源为直流电源23，靶材21与直流电源23的负极连接，直流电源23的正极接地。直流电源23向靶材21提供负电压。当将氩气等工艺气体通入反应腔室29内并电离后，等离子体中的正离子轰击靶材21，使靶材21的原子和金属离子溢出，并在晶圆25的表面沉积。
[0054]图3为本发明另一实施例薄膜沉积装置的结构示意图。如图3所示，薄膜沉积装置包括摆动机构和储存室31，其中，储存室31紧靠反应腔室29设置并与反应腔室29连通。储存室31用于存放能量控制器27。摆动机构用于在反应腔室29和储存室31之间移动能量控制器27，如将能量控制器27移动至靶材21与晶圆支撑装置26之间，以及将能量控制器27自靶材21与晶圆支撑装置26之间移开。使用本实施例的薄膜沉积装置进行沉积工艺时，当摆动机构将能量 控制器放置在靶材21和晶圆支撑装置26之间后，优选关闭反应腔室29与存储室31之间的连通通口，使反应腔室保持对称的工艺环境，从而使晶圆表面沉积的薄膜更加均匀。
[0055]本实施例中，摆动机构包括驱动单元32和摆动臂33，驱动单元32可以固定在储存室31的室壁上或者固定在反应腔室29的室壁上。当然，驱动单元也可以设置在反应腔室29和存储室31的外部，只要能够实现驱动摆动臂进行工作即可。摆动臂33的一端与驱动单元32连接，摆动臂33的另一端与能量控制器27连接。在驱动单元32的驱动下，摆动臂33带动能量控制器27在反应腔室29和储存室31之间移动。当然，本实施例中的摆动臂33也可以是机械手，通过机械手将能量控制器27在反应腔室29和存储室31间的移动。需要说明的是，摆动臂33将能量控制器27从存储室31移至反应腔室29后，摆动臂33可以作为能量控制器27的支撑结构，也可以是摆动臂33将能量控制器27放置在反应腔室29的内壁上，比如上述实施例中提到的工艺遮挡桶的台阶上，然后摆动臂33离开反应腔室，退回到存储室或其他能够存放摆动臂的地方。
[0056]在本实施例中，驱动单元32可以为电机或气缸等驱动机构。本实施例的其它结构与上述实施例相同，在此不再赘述。
[0057]当然，摆动机构并不局限于上述结构，摆动机构也可以采用其他结构形式，只要能够使能量控制器27在反应腔室29和存储室31之间移动即可。
[0058]在本实施例中，功率源采用射频电源23'，将射频电源23'与靶材21电连接，利用射频电源产生并维持等离子体。在靶材21与射频电源23'之间串接匹配器28，用以使射频电源23'的输出阻抗与反应腔室29的阻抗相匹配，以提高射频能量的利用率。
[0059]本实施例提供的薄膜沉积装置的使用方法如下:在启辉阶段，将能量控制器27放置在靶材21和晶圆支撑装置26之间，以降低被加工工件25表面的负偏压；在正常溅射阶段，利用摆动机构将能量控制器27自靶材21和晶圆支撑装置26之间移开，以提高薄膜的沉积速率以及薄膜的均匀性。
[0060]本发明还提供一种薄膜沉积装置，如图4所示为本发明又一实施例薄膜沉积装置的结构示意图。图4中，薄膜沉积装置中的功率源包括直流电源23、射频电源23'和匹配器28，靶材21既与直流电源23的负极电连接，又与射频电源23'电连接，匹配器28串接在射频电源23'与靶材21之间，用以使射频电源23'的输出阻抗与反应腔室29的阻抗匹配，以提高射频能量的利用率。在靶材21和直流电源23之间还可以串接滤波电路，用以降低或避免射频对直流电源23的干扰。滤波电路可以由纯电容，或者由电容和电感构成。滤波电路的形式可以借鉴现有技术，本发明对此没有特别要求，只要能够避免射频对直流的干扰即可
[0061]本实施例的其它结构与上述实施例相同，在此不再赘述。
·[0062]需要说明的是，本发明中的能量控制器27主要用于避免靶材表面溢出的二次电子及等离子体中的自由电子在晶圆表面聚集形成高的负偏压，其并不需要控制离子的运动轨迹，因此，能量控制器27的厚度不再受通孔深宽比的限制，所以能量控制器27的厚度可以较薄。比如可以做到5mm。因此，能量控制器27适用于靶材21与晶圆支撑装置26之间距离较小的薄膜沉积装置，比如LED的ITO薄膜沉积装置。当然，本发明提供的能量控制器特别适用于靶材与晶圆支撑装置之间的距离小于10厘米的薄膜沉积装置。当然，本发明也可以用于靶材和晶圆支撑装置之间距离较远的物理气相沉积装置中，比如靶材和晶圆支撑装置之间的距离为40cm的物理气相沉积装置中，用于解决该物理沉积装置在晶圆表面沉积薄膜时产生的晶圆表面损伤的问题。可以理解的是，只要是通过在靶材和晶圆支撑装置之间设置能量控制器降低晶圆表面损伤的物理气相沉积装置都在本发明的保护范围内。
[0063]还需说明的是，能量控制器27降低了沉积到晶圆表面的离子和原子的能量，从而可以降低晶圆表面的损伤。因此，能量控制器27特别适用于对晶圆表面损伤要求较高的薄膜制备。另外，对于晶圆表面损伤要求高的薄膜设备，如果希望进一步降低薄膜的损伤，则可以选择使晶圆支撑装置26处于悬浮状态，即晶圆支撑装置26不与提供偏置电压的功率源进行连接。
[0064]本实施例提供的薄膜沉积装置可以应用于LED领域，用于制备LED ITO薄膜，也可以用于制备诸如光学薄膜等其它薄膜。当利用上述实施例提供的薄膜沉积装置制作ITO(铟锡氧化物)薄膜时，该薄膜沉积装置被称之为ITO薄膜沉积装置。
[0065]本实施例提供的薄膜沉积装置，在靶材和晶圆支撑装置之间设有能量控制器，以减少靶材表面溢出的二次电子及电离体的自电子在晶圆表面聚集，从而降低了晶圆表面的负偏压，进而可以减弱离子对晶圆表面的轰击。而且，通过设置能量控制器使得离子在到达晶圆表面之前能够与能量控制器先进行碰撞，从而降低离子的动能，进而减弱了离子对晶圆表面的轰击。
[0066]本发明还提供一种薄膜沉积方法，其基于上述实施例提供的薄膜沉积装置。下面以制备铟锡氧化物薄膜为例，介绍本实施例薄膜沉积方法，其包括以下步骤:
[0067]步骤S11，对所述反应腔室抽真空并达到本底真空度。
[0068]对反应腔室抽真空，使反应腔室内的气体压力(即本底真空度)达到KT8Torr左右。当然，反应腔室内的气体压力可以根据薄膜的特性而调整。
[0069]步骤S12，将晶圆放置在反应腔室的晶圆支撑装置上。
[0070]将晶圆放置在托盘上，然后再将承载有晶圆的托盘放置在晶圆支撑装置。
[0071]步骤S13，在靶材和晶圆支撑装置之间设置能量控制器，能量控制器上设有贯穿其厚度的多个通孔，通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程。
[0072]步骤S14，向反应腔室内通入反应气体，并将腔室压力保持为沉积工艺所需的压力。
[0073]向反应腔室内通入氩气，氩气的流量为20SCCm (标况毫升每分钟)，使反应腔室内的压力达到2mTorr。
[0074]步骤S15，向腔室内施加功率将氩气电离为等离子体，即等离子体启辉。
[0075]步骤S16，维持等离子体，在晶圆上沉积薄膜，即进行正常的溅射沉积工艺。
[0076]本实施例中进行步骤S15和S16时，均利用直流电源进行等离子启辉和维持，即利用直流电源向反应腔室内施加功率以电离气体产生等离子体以及维持等离子体，在整个工艺过程中，即启辉阶段和正常溅射沉积阶段，均将能量控制器放置在靶材和晶圆支撑装置之间，以降低晶圆表面的 负偏压；
[0077]在正常溅射阶段，将能量控制器自靶材和晶圆支撑装置之间移去，以提高薄膜的沉静速率和薄膜的均匀性。
[0078]本实施例还提供另一种薄膜沉积方法，其基于上述变型实施例提供的薄膜沉积装置。本实施例的薄膜沉积方法，其包括以下步骤:
[0079]步骤S21，对所述反应腔室抽真空并达到本底真空度。[0080]对反应腔室抽真空，使反应腔室内的气体压力(即本底真空度)达到10_8Torr左右。当然，反应腔室内的气体压力可以根据薄膜的特性而调整。
[0081]步骤S22，将被沉积晶圆放置在反应腔室的晶圆支撑装置上。
[0082]将晶圆放置在托盘上，然后再将承载有晶圆的托盘放置在晶圆支撑装置。
[0083]步骤S23，在靶材和晶圆支撑装置之间设置能量控制器，在能量控制器上设有贯穿其厚度的多个通孔，通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程。
[0084]将能量控制器放置在靶材和晶圆支撑装置之间，以减少靶材表面溢出的二次电子及电离体的自由电子向晶圆的表面聚集，从而降低晶圆表面的负偏压，减弱离子和原子对晶圆表面的轰击。
[0085]步骤S24，向反应腔室内通入反应气体，并将腔室压力保持为沉积工艺所需的压力。
[0086]向反应腔室内通入氩气，氩气的流量为20SCCm (标况毫升每分钟)，使反应腔室内的压力保持在2mTorr。
[0087]步骤S25，向腔室内施加功率将氩气电离为等离子体，即等离子体启辉。
[0088]步骤S26，将能量控制器从所述靶材和晶圆支撑装置之间移开。
[0089]利用摆动机构将能量控制器从所述靶材和晶圆支撑装置之间移开。
[0090]步骤S27，维持等离子体，在晶圆上沉积薄膜，即进行正常的溅射沉积工艺。
[0091]在等离子体启辉后将能量控制器自靶材和晶圆支撑装置之间移开，实施正常溅射沉积。
[0092]本实施例利用直流电源和射频电源进行溅射，即，利用直流电源和射频电源同时向反应腔室内施加功率以电离气体产生等离子体并维持等离子。在启辉阶段，将能量控制器放置在靶材和晶圆支撑装置之间，以降低晶圆表面的负偏压；在正常溅射阶段，将能量控制器自靶材和晶圆支撑装置之间移去，以提高薄膜的沉积速率和薄膜的均匀性。
[0093]在本实施例中，在启辉阶段，也可以仅利用直流电源或射频电源向反应腔室内施加功率以电离气体产生等离子体。在正常溅射阶段，可以利用直流电源或射频电源或二者同时持续向反应腔室内施加功率以维持等离子体。
[0094]在进行物理气相沉积工艺时，通过在靶材21和晶圆支撑装置26之间设置能量控制器27能够降低晶圆25表面的负偏压。比如在进行铜溅射工艺时，通过在靶材21与晶圆支撑装置26之间设置能量控制器27，通过测量可知晶圆25表面的偏压为+0.5V。而在靶材21与晶圆支撑装置26之间不设置能量控制器27时，晶圆25表面的偏压为-1lV~-18V。
[0095]另外，当在晶圆表面沉积ITO膜时，在靶材21与晶圆支撑装置26之间设置能量控制器27时，晶圆25表面的偏压为-0.1V，在靶材21与晶圆支撑装置26之间不设置能量控制器27时，晶圆25表面的偏压为-49V。
[0096]由此可知，能量控制器27大大降低了晶圆25表面的偏压。
[0097]另外，在LED ITO薄膜沉积工艺时有无能量控制器的对比实验中，光电二极管的正向开启电压可降低14%。
[0098]本发明并不局限于上述实施例介绍的薄膜沉积方法。本发明提供的薄膜沉积方法，在启辉阶段，既可以用直流电源或射频电源启辉，也可以同时利用直流电源和射频电源启辉；在正常溅射沉积阶段，既可以用直流电源或射频电源维持等离子体，也可以同时利用直流电源和射频电源维持等离子体。而且，在启辉阶段，在靶材和晶圆支撑装置之间设置能量控制器，以降低离子和原子对晶圆表面的轰击；在正常溅射沉积阶段，能量控制器既可以设置在靶材和晶圆支撑装置之间，也可以将其撤离。不管以上述何种方式组合使用，均属于本发明的保护范围。
[0099]本发明提供的薄膜沉积方法，在靶材和晶圆支撑装置之间设有能量控制器，可以减少靶材表面溢出的二次电子及电离体的自由电子向被沉积器件晶圆的表面聚集，从而降低被晶圆表面的负偏压，减弱离子和原子对被晶圆表面的轰击。而且，设置在能量控制器上的通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程，使得离子在到达晶圆表面之前与能量控制器先进行碰撞，从而降低离子和原子的动能，进一步减弱了离子和原子对晶圆表面的轰击；由于为了降低对晶圆表面的损伤，故只需要通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程即可，通孔的深宽比不受限制，因此能量控制器的厚度可以做得较薄，比如5mm，这样能够将能量控制器应用在靶材与晶圆支撑装置相距较近的反应腔室内，来解决那些对晶圆表面损伤要求较高的工艺问题。
[0100]另外，上述实施例中的晶圆可以是蓝宝石衬底，也可以是硅片，本发明对此没有特别要求，在进行LED ITO膜沉积时，通常是在蓝宝石衬底上沉积ITO膜。
[0101]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出 各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种薄膜沉积装置，包括反应腔室、靶材、晶圆支撑装置以及与所述靶材电连接的功率源，所述功率源设置在所述反应腔室外，所述靶材设置在所述反应腔室内的顶部，所述晶圆支撑装置设置在所述反应腔室内的底部并与所述靶材相对，其特征在于，在所述靶材和所述晶圆支撑装置之间还设有能量控制器，所述能量控制器接地，在所述能量控制器上设有贯穿其厚度的多个通孔，所述通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程。
2.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述能量控制器与所述靶材之间的距离小于所述能量控制器与所述晶圆支撑装置之间的距离。
3.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，多个所述通孔均匀地分布于所述能量控制器上。
4.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述能量控制器采用导电导热的材料制作。
5.根据权利要求4所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述能量控制器采用铝制作。
6.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，还包括工艺遮挡筒，所述工艺遮挡筒嵌套在所述反应腔室内，所述能量控制器固定在所述工艺遮挡筒的侧壁上。
7.一种薄膜沉积装置，包括反应腔室、靶材、晶圆支撑装置以及与所述靶材电连接的功率源，所述功率源设置在所述反应腔室外，所述靶材设置在所述反应腔室内的顶部，所述晶圆支撑装置设置在所述反应腔室内的底部并与所述靶材相对，其特征在于，还包括能量控制器、摆动机构和储存室，所述能量控制器接地，在所述能量控制器上设有贯穿其厚度的多个通孔，所述通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程，所述储存室与所述反应腔室连通，所述储存室用于存放所述能量控制器，所述摆动机构用于在所述反应腔室和所述储存室之间移动所述能量控制器。
8.根据权利要求1或7所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述功率源为直流电源，所述靶材与所述直流电源的负极电·连接。
9.根据权利要求1或7所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述功率源为: 直流电源，所述靶材与所述直流电源的负极电连接； 射频电源，所述靶材与所述射频电源电连接，而且，在所述射频电源与所述靶材之间设有匹配器，用以使所述射频电源的阻抗与所述反应腔室的阻抗匹配。
10.根据权利要求9所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述直流电源与所述靶材之间串接有滤波电路。
11.根据权利要求1或I所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述功率源为射频电源，所述射频电源与所述靶材电连接，用以在所述反应腔室内产生并维持等离子体。
12.根据权利要求1或7所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述靶材采用金属或金属氧化物制作。
13.根据权利要求1或7所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述薄膜沉积装置为ITO薄膜沉积装置。
14.根据权利要求13所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述晶圆支撑装置包括托盘。
15.根据权利要求1或7所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述靶材与所述晶圆支撑装置之间的距离小于10厘米。
16.根据权利要求1或7所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述晶圆支撑装置处于悬浮状态。
17.根据权利要求1或7所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述通孔的直径小于或等于10毫米。
18.—种薄膜沉积方法，包括步骤: A对所述反应腔室抽真空并达到本底真空度； B将晶圆放置在反应腔室的晶圆支撑装置上； C将在厚度方向具有多个贯穿通孔且通孔的内径小于分子碰撞自由程的能量控制器放置在祀材和晶圆之间； D向所述反应腔室内通入工艺气体，并将腔室压力保持为沉积工艺所需的压力； E向腔室内施加功率将工艺气体电离为等离子体，即等离子启辉； F维持等离子体，在晶圆上沉积薄膜，即进行正常的溅射沉积工艺。
19.根据权利要求18所述的薄膜沉积方法，其特征在于，在步骤E中，向腔室内施加功率为利用直流电源向反应腔室内施加功率，在步骤F中，利用直流电源或射频电源或二者同时持续向反应腔室内施加功率以维持等离子体。
20.根据权利要求18所述的薄膜沉积方法，其特征在于，在步骤E中，向腔室内施加功率为利用射频电源向反应腔室内施加功率，在步骤F中，利用射频电源或直流电源或二者同时持续向反应腔室内施加 功率以维持等离子体。
21.根据权利要求18所述的薄膜沉积方法，其特征在于，在步骤E中，利用直流电源和射频电源同时向反应腔室内施加功率以电离气体产生等离子体，在步骤F中，利用直流电源或射频电源或二者同时持续向反应腔室内施加功率以维持等离子体。
22.根据权利要求18所述的薄膜沉积方法，其特征在于，在步骤E和F之间增加步骤El，将所述能量控制器从所述靶材和晶圆支撑装置之间移开。
23.根据权利要求18所述的薄膜沉积方法，其特征在于，在晶圆上沉积的薄膜为ITO膜。
【文档编号】C23C14/54GK103572244SQ201210250738
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】王厚工, 丁培军, 耿波, 李杨超, 武学伟 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司