低温低损伤膜层沉积系统的制作方法

本实用新型涉及材料沉积技术，尤其涉及溅射沉积系统。

背景技术：

常规的磁控溅射沉积系统中，离子和电子构成的等离子体由直流或射频电场激发所产生，等离子体通过磁场约束以提高溅射效率。然而，等离子体内的高能离子和高速电子能够到达衬底从而对衬底上已经沉积的薄膜或先前工艺中所制成的电子器件造成不必要的损伤。这种损伤可能源于沉积膜层内部以及膜层与膜层界面所俘获的电荷，电荷可能对器件的电子性能产生负面影响；损伤也可能是由于精密材料的物理退化或化学分解，高速电子和其它高能物质引起的敏感器件过热，以及高能离子引起的原子位移或错位（例如，研磨或溅射）所导致的。

图1示出一个常规的磁控溅射沉积系统100，其包括溅射靶材120带有溅射表面125。磁体130用于在溅射表面125附近产生磁场。衬底110平行于溅射表面125放置。由于衬底110直接暴露在等离子体下，在薄膜沉积过程中上述损伤常常发生在衬底110上。例如，有机发光二极管（OLED）器件的封装即涉及到在已经制备好的OLED器件衬底上沉积氧化物或氮化物薄膜。当氧化物或氮化物薄膜是由传统的溅射沉积系统100所制备时，上述的损伤可能导致OLED器件失效。

因此需要一种改进的薄膜沉积系统，可将薄膜沉积过程中高能离子或高速电子对衬底上膜层或器件的损伤消除或降到最低。

技术实现要素：

本实用新型公开了一种低温低损伤膜层沉积系统，通过对溅射沉积源的优化，所述的沉积系统可以在较低的工艺温度下运行，且可以最小化或消除薄膜沉积过程中器件内或器件界面所产生的电子缺陷，同时能够提供更高的等离子体密度。

一种低温低损伤膜层沉积系统，主要包括优化的磁控溅射沉积源，所述磁控溅射沉积源包括支撑框架、溅射靶材、磁体、壳体单元；

所述支撑框架包括朝向窗口的内表面，和与内表面相对的外表面，用于限定一个窗口以及窗口周围闭合回路；

所述溅射靶材为一个或者多个，安装在所述支撑框架内表面，所述溅射靶材包括一个或多个溅射表面，构成了所述窗口的内壁，所述溅射靶材用来从所述溅射表面提供溅射材料；

所述的磁体为一个或多个，安装在支撑框架外表面；

所述的壳体单元用来容纳所述支撑框架，磁体，以及溅射靶材。

所述支撑框架，进一步包括沿其外表面的多个肋条，所述肋条与肋条之间限定了一个或多个冷却水通道，所述冷却水通道用来流通冷却剂以带走所述支撑框架和所述溅射靶材的热量。

所述磁体固定在所述肋条上，所述磁体包括多个平行的沿所述支撑框架外表面的封闭环形回路。

所述溅射材料被沉积到第一衬底的沉积表面，其中所述沉积表面朝向并基本垂直于所述支撑框架构成的窗口，沉积系统还可进一步包括传动机构用来在所述第一衬底和所述磁控溅射沉积源之间产生相对运动。

进一步包括第二衬底相对于所述支撑框架位于与所述第一衬底相反的一侧，所述第二衬底包括朝向所述支撑框架构成的所述窗口的第二沉积表面，所述第二沉积表面用来接受从所述溅射靶材溅射出来的溅射材料，所述第二沉积表面可基本垂直于所述溅射表面。

进一步包括一个真空工艺腔室用来容纳磁控溅射沉积源和衬底。

所述第一衬底是预制的有机发光二极管（OLED）器件、金属氧化物（例如，铟镓锌氧化物，或“IGZO”）、薄膜晶体管（TFT）、透明导电氧化物（TCO）层，或射频识别（RFID）器件中的至少一种，所述溅射材料可在第一衬底上封装一个或多个预制的电子器件。

本实用新型所公开的沉积系统具有以下优点：可以在较低的工艺温度下运行（衬底温度可低至80℃），并且同时能够提供更高的等离子体密度，这使得薄膜沉积时可实现更宽范围的所需性能；具有规模可扩展性——从处理很小的衬底到非常大的衬底；更高的沉积效率和材料利用率，当采用双面沉积模式时，与单面沉积模式相比所公开的系统可以增加一倍的产量和材料利用率。

附图说明

图1展示了常规的溅射沉积系统。

图2是依照本实用新型的沉积系统的示意图。

图3是与图2所示沉积系统相匹配的沉积源的立体图。

图4是依照本实用新型的另一种沉积系统的侧视图。

图4A和图4B是图4中所示的沉积系统的沉积源和衬底的立体图。

图4C是图4B所示沉积源没有壳体单元时的立体图。

具体实施方式

参照图2和图3，沉积系统200包括位于第一衬底220和第二衬底220A（即工件）之间的磁控溅射沉积源210。所述磁控溅射沉积源210用来产生指向并沉积到第一衬底220和第二衬底220A上的气化材料。所述磁控溅射沉积源210以及所述衬底220安装在真空腔室内（为简单起见未示出）。所述磁控溅射沉积源210构建在支撑框架240上并形成了窗口245。溅射靶材250安装在所述背衬框架240的内表面，限定了所述窗口245。在一个实施例中，所述支撑框架240的形状可以是矩形。所述溅射靶材250的溅射表面255，与所述第一衬底220和第二衬底220A的沉积表面221基本垂直排列。

所述溅射靶材250可绑定或用螺栓固定到所述支撑框架240上，使得所述溅射表面255朝向内部以限定所述窗口245的内壁，所述溅射靶材250与所述支撑框架240电连接。磁体可安装在所述支撑框架240的外表面在所述溅射表面255的附近产生磁场。所述磁体有利于限定等离子体在所述支撑框架240内的所述溅射靶材250的所述溅射表面255周围的封闭回路内。不同于常规的磁控溅射源，所述第一衬底220和第二衬底220A不会直接暴露于所述溅射表面255的附近磁场，这将使得溅射过程中高能离子或快速电子到达所述第一衬底220和第二衬底220A表面的可能性显著降低，即对所述第一衬底220和第二衬底220A上已制薄膜或器件的损伤将会显著降低。。

所述第一衬底220和第二衬底220A与所述溅射靶材250表面基本垂直放置。薄膜沉积过程中，所述第一衬底220和第二衬底220A相对于所述磁控溅射沉积源210可保持静止，或通过传动机构260相对于所述磁控溅射沉积源210传动。所述第一衬底220和第二衬底220A可放置在所述磁控溅射沉积源210的一侧或两侧。若放置在所述磁控溅射沉积源210的两侧，所述溅射表面255所溅射出的材料可在所述磁控溅射沉积源210的两侧被收集，因此与单面沉积相比有双倍的沉积效率和材料利用率。

参照图4和图4A，其中一个实施例中沉积装置400包括磁控溅射沉积源410，其可放置在第一衬底420和第二衬底420A之间。所述磁控溅射沉积源410以及所述第一衬底420和第二衬底420A可封闭在真空腔室405内。所述沉积装置400包括真空涡轮分子泵406用于从所述真空腔室405内抽出空气或气体，可选的真空端口408用于连接粗抽真空泵或排气阀，以及负载锁定室407用于装载和卸载第一衬底420和第二衬底420A（或晶圆或工件）从所述真空腔室405中送入和取出。

参照图4B和4C，其中一个实施例中所述支撑框架460包括沿其外表面的肋条465，所述磁体470固定在所述肋条465 上。所述磁体可形成沿着所述支撑框架460的外表面形成封闭回路。其中，所述磁体470本身可以为多个平行的环，形成沿所述支撑框架460外表面的封闭回路。所述磁体470，溅射靶材450以及所述支撑框架460固定在壳体单元440内。

所述溅射靶材450与所述支撑框架460电连接，但与所述壳体单元440电绝缘。所述溅射靶材450同时还与所述支撑框架460进行热交换。其中一个实施例中，参照图4B和4C，所述支撑框架460外表面的所述肋条465可构造成冷却通道480用于流通冷却液以带走溅射和沉积过程中产生的热量。所述溅射靶材450的温度可因此被控制以确保适当的工艺条件。

这里仅介绍了部分的实施例，除了溅射沉积，所公开的系统还适用于采用了等离子体增强或辅助的各种薄膜沉积和等离子体清洁技术。所述实例包括等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、等离子增强气相传输沉积（PEVTD）、等离子体增强的热蒸发、等离子表面处理、等离子体辅助蒸发，或这些技术的组合。