CN112626458A - 磁控溅射装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种磁控溅射装置，包括设置于腔室内的靶材以及与所述靶材相对设置的待溅射基板；所述靶材为柔性氧化物靶材。在所述腔室中还设置有磁控组件和转动件，其中所述磁控组件用于产生磁场；所述转动件用于带动所述靶材运动。由于在溅射时，所述转动件能够带动所述靶材移动，从而提高氧化物薄膜的成膜均匀性和靶材的利用率。

Description

磁控溅射装置

技术领域

本申请涉及一种真空镀膜技术领域，尤其涉及一种磁控溅射装置。

背景技术

近年来，氧化物导体、氧化物半导体及氧化物绝缘体薄膜广泛应用于薄膜晶体管、发光二极管、太阳能电池等电子器件中。

例如，薄膜晶体管作为关键器件直接影响薄膜场效应晶体管液晶显示器的性能。在现有TFT-LCD(薄膜场效应晶体管LCD)制造领域中，薄膜场效应晶体管制备的传统方法是采用溶液加工金属氧化物薄膜，在沉积过程中，将金属盐溶解于溶液中形成溶液或溶胶凝胶，然后通过涂布方式在基底形成前驱体薄膜，前驱体膜在热处理条件下发生分解、水解、脱水而最终生成氧化物薄膜。溶液加工氧化物薄膜由于可实现薄膜的成分灵活调控、成膜温度低、可大面积制备薄膜、制备成本低的优势而受到工业界的广泛关注，但受限于薄膜的致密度低，缺陷密度高，与基板的附着力差等因素，溶液加工氧化物薄膜的产业化应用受到极大的限制。

详细地讲，磁控溅射技术是一种物理气相沉积技术，在真空条件下，充入工作气体，外加高压电场使得工作气体电离，产生等离子体，高能阳离子轰击靶材阴极，靶材原子发生级联碰撞反冲出靶材表面，最终沉积在待溅射基板上形成薄膜。由于沉积在基板上的原子具有较高的入射能量，磁控溅射所制备的薄膜与基板间具有较高的附着力、薄膜的致密度和薄膜质量优异，因此，通过磁控溅射方式制备的氧化物薄膜在工业界广泛应用。

因此，申请人致力于研究一种磁控溅射装置，用于制备薄膜晶体管等器件，以期能够实现成膜均匀致密、与基板的附着力强、靶材的利用率高等优点，从而得到高质量的薄膜。

发明内容

本申请的目的在于提供一种磁控溅射装置，以解决现有技术中氧化物薄膜的致密度低，缺陷密度高，与基板的附着力差的问题，从而提高氧化物薄膜的成膜均匀性和靶材的利用率。

为了解决上述问题，本申请提供一种磁控溅射装置，包括腔室、设置于所述腔室内的靶材、以及设置于所述腔室内并与所述靶材相对设置的待溅射基板；所述靶材为柔性氧化物靶材；所述磁控溅射装置还包括：磁控组件，所述磁控组件设置于所述腔室内并用于产生磁场；转动件，所述转动件设置于所述腔室内，用于带动所述靶材运动。

在一些实施例中，所述腔室配备有真空装置和气体源；所述真空装置用于排出所述腔室内气体；所述气体源外接于所述腔室，用于提供工作环境所需气体。

在一些实施例中，所述靶材包括金属柔性衬底、以及沉积于所述金属柔性衬底上的氧化物薄膜。

在一些实施例中，所述磁控溅射装置还包括：金属导热台，用来承载所述靶材并传导溅射过程中产生的热量；以及，冷却模块，位于所述金属导热台下方；其中，所述磁控组件设置于所述冷却模块的下方。

在一些实施例中，所述金属导热台、所述冷却模块以及所述磁控组件通过支撑装置固定于所述腔室内。

在一些实施例中，所述磁控溅射装置还包括：阳极罩，所述阳极罩与所述腔室固定连接，并且套设于所述靶材上方；以及，挡板，所述挡板与所述腔室固定连接，并且设置于所述阳极罩上方；其中，所述阳极罩设有开口，所述开口位于所述靶材上方。

在一些实施例中，所述挡板包括旋转溅射挡板和固定预溅射挡板，所述固定预溅射挡板设置于所述阳极罩上方，所述旋转溅射挡板设置于所述固定预溅射挡板上方；其中，所述旋转溅射挡板具有第一支撑部以及第一遮挡部，所述第一支撑部与所述第一遮挡部相互垂直，所述第一支撑部固定于所述腔室中，以支撑所述第一遮挡部；所述固定预溅射挡板具有第二支撑部以及第二遮挡部，所述第二支撑部与所述第二遮挡部相互垂直，所述第二支撑部固定于所述腔室中，以支撑所述第二遮挡部。

在一些实施例中，所述磁控溅射装置还包括：电源；所述电源为射频功率源，所述射频功率源的其中一极与所述阳极罩电性相连，另一极与所述转动件电性相连。

在一些实施例中，所述转动件包括有至少一个滚轮，所述滚轮与所述金属柔性衬底电性连接。

在一些实施例中，所述氧化物薄膜的前驱体为金属盐溶液或溶胶，所述氧化物薄膜的前驱体通过喷嘴喷涂于所述金属柔性衬底上，或者通过刮刀刮涂于所述金属柔性衬底上。

相较于现有技术，本申请磁控溅射装置通过设置柔性氧化物靶材，并同时设置磁控组件及转动件，可沉积形成高致密度、高附着力、缺陷密度较低的氧化物薄膜，并且通过所述转动件带动所述靶材运动，可以提高氧化物薄膜受到轰击后在所述待溅射基板上的成膜均匀性和所述靶材的利用率。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置的结构示意图。

图2A为本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置的靶材制备的方式一示意图，其中主要展现利用喷嘴喷涂制作氧化物薄膜。

图2B为本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置的靶材制备的方式一示意图，其中主要展现喷嘴与导轨的关系。

图3A为本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置的靶材制备的方式二示意图，其中主要展现利用刮刀刮涂制作氧化物薄膜。

图3B为本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置的靶材制备的方式二示意图，其中主要展现刮刀与导轨的关系。

上述附图中的主要附图标记说明如下：

100、腔室；110、靶材；101、真空装置；102、喷嘴；103、第一导轨；104、刮刀；105、第二导轨；111、金属柔性衬底；112、氧化物薄膜；120、待溅射基板；130、金属导热台；140、基板挂架；150、冷却模块；160、磁控组件；170、转动件；180、阳极罩；190、挡板；191、旋转溅射挡板；1911、第一支撑部；1912、第一遮挡部；192、固定预溅射挡板；1921、第二支撑部；1922、第二遮挡部；200、电源；300、气体源；400、流量计。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要先行说明的是：以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本申请可以用实施的特定实施例。本申请所提到的方向用语，例如上、下、前、后、左、右、内、外、侧等，仅是参考附图式的方向。本发明提到的元件名称，例如第一、第二等，仅是区分不同的元部件，可以更好的表达。在图中，结构相似的单元以相同标号表示。此外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提供一种磁控溅射装置，包括腔室、设置于所述腔室内的靶材、以及设置于所述腔室内并与所述靶材相对设置的待溅射基板。其中，所述靶材为柔性氧化物靶材；在所述腔室中还设置有磁控组件和转动件，其中所述磁控组件用于产生磁场；所述转动件用于带动所述靶材运动。由于在溅射时，所述转动件能够带动所述靶材运动，从而可以提高氧化物薄膜的成膜均匀性和靶材的利用率。

具体的结构请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置的结构示意图。本申请磁控溅射装置包括设置于腔室100内的靶材110以及与所述靶材110相对设置的待溅射基板120。所述靶材110设置于一金属导热台130上，所述靶材110包括沉积于一金属柔性衬底111上的氧化物薄膜112，从而使得所述靶材110成为柔性氧化物靶材。所述待溅射基板120设置于一基板挂架140上。所述磁控溅射装置还包括：冷却模块150、磁控组件160、转动件170、阳极罩180、挡板190、电源200、以及气体源300。

在其中一实施例中，所述冷却模块150设置于所述金属导热台130下方，以传导溅射过程中产生的热量，维持靶材110的溅射温度。所述磁控组件160设置于所述冷却模块150下方，用于产生磁场。所述转动件170固定于所述腔室100内，用于带动所述靶材110运动。所述转动件170包括至少一滚轮，在本实施例中，所述转动件170包括有数个滚轮，这些滚轮170设置于所述靶材110的两端，通过滚动以带动所述靶材110移动，从而可以提高氧化物薄膜的成膜均匀性和靶材的利用率。实际上，本申请并未限制滚轮的数量，滚轮的数量是根据实际情况做出调整的，以能够带动所述靶材110移动为准。所述阳极罩180与所述腔室100固定连接，并且套设于所述靶材110上方，并且所述阳极罩180设有开口，所述开口位于所述靶材的正上方。所述挡板190与所述腔室100固定连接，并且设置于所述阳极罩180上方。所述电源200用于对所述靶材110施加电压。所述气体源300外接于所述腔室100，用于提供工作环境所需气体。

在本申请中，所述靶材110的氧化物薄膜112为氧化物前驱体通过处理形成，其中，所述氧化物前驱体为金属盐溶液或溶胶。需要注意的是，所述氧化物前驱体可以在热处理条件下发生分解、水解、脱水而最终生成氧化物薄膜112，所述金属柔性衬底111与沉积在所述金属柔性衬底111上的溶液加工后的氧化物薄膜112共同构成所述靶材110，可以制备形成高致密度、高附着力、低缺陷态密度的薄膜，从而覆盖在所述待溅射基板120上。本领域技术人员可以理解的是，本申请中的所述磁控溅射装置的靶材可以是任意可溶液加工的氧化物薄膜，即通过本申请的所述磁控溅射装置可以将低致密度、低附着力、高缺陷密度的溶液加工的氧化物薄膜制备形成高致密度、高附着力、低缺陷态密度的氧化物薄膜。

在本申请中，所述腔室100还配备有一真空装置101，所述真空装置101用于排出所述腔室100内气体，以形成腔室100内真空。所述电源200为射频功率源，所述射频功率源一极与所述阳极罩180电性相连，另一极与所述转动件170(即滚轮170)电性相连，其中，所述滚轮170与所述金属柔性衬底111电性连接。所述气体源300用于提供工作环境所需气体，包括氩气与氧气。所述气体源300与所述腔室100之间设置有流量计400，所述流量计400用于控制腔室100内气体压强。本领域技术人员可以理解的是，所述气体源300可以分别提供氩气与氧气，所述氩气与所述氧气在进入所述腔室100之前处于相互分离状态，所述流量计400可以分别控制所述腔室100内的所述氩气与所述氧气的占比，以实现靶材110的充分利用，并且使所述腔室100内气体分布更加均匀，提升了所述待溅射基板120表面的成膜均匀性。

所述金属导热台130、所述冷却模块150以及所述磁控组件160通过支撑装置固定于所述腔室100内。所述挡板190包括旋转溅射挡板191和固定预溅射挡板192，所述固定预溅射挡板192设置于所述阳极罩180上方，所述旋转溅射挡板191设置于所述固定预溅射挡板192上方；其中，所述旋转溅射挡板191具有第一支撑部1911以及第一遮挡部1912，所述第一支撑部1911与所述第一遮挡部1912呈正交设置(即相互垂直)，所述第一支撑部1911与所述腔室100固定连接，对所述第一遮挡部1912起支撑和固定作用；所述固定预溅射挡板192具有第二支撑部1921以及第二遮挡部1922，所述第二支撑部1921与所述第二遮挡部1922呈正交设置(即相互垂直)，所述第二支撑部1921与所述腔室100固定连接，对所述第二遮挡部1922起支撑和固定作用。

在本实施例中，所述第一支撑部1911与所述第二支撑部1921均直立于所述腔室100中，而所述第一遮挡部1912与所述第二遮挡部1922则呈水平状。

请参阅图2A至图2B，图2A为本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置的靶材制备示意图；图2B为本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置的靶材制备示意图。在一些实施例中，所述氧化物前驱体通过喷嘴102喷涂于所述金属柔性衬底111上，其中，所述喷嘴102可以固定于所述腔室100内，通过所述滚轮170的旋转运动带动所述金属柔性衬底111在所述金属导热台130上移动，从而使所述氧化物前驱体均匀喷涂于所述金属柔性衬底111上；所述喷嘴102也可以通过一第一导轨103固定于所述腔室100内，通过所述喷嘴102在所述第一导轨103上的移动，从而使所述氧化物前驱体均匀喷涂于所述金属柔性衬底111上。

请参阅图3A至图3B，图3A为本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置的靶材制备示意图；图3B为本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置的靶材制备示意图。在一些实施例中，所述氧化物前驱体通过刮刀104刮涂于所述金属柔性衬底111上，其中，所述刮刀104可以固定于所述腔室100内，通过所述滚轮170的旋转运动带动所述金属柔性衬底111在所述金属导热台130上移动，从而使所述氧化物前驱体均匀刮涂于所述金属柔性衬底111上；所述刮刀104也可以通过一第二导轨105固定于所述腔室100内，通过所述刮刀104在所述第二导轨105上的移动，从而使所述氧化物前驱体均匀刮涂于所述金属柔性衬底111上。

本领域技术人员可有理解的是，所述靶材110也可以是在所述腔室100外部直接形成的一柔性氧化物靶材，所述柔性氧化物靶材包括一柔性衬底基板，以及通过金属盐溶液加工后形成于所述柔性衬底基板上的氧化物薄膜。即所述靶材可以是任意可溶液加工的氧化物薄膜，而所述靶材110可以不在本申请所述的磁控溅射装置内形成，也可以在本申请所述磁控溅射装置内完成，用于改善可溶液加工氧化物薄膜的成膜质量。

所述腔室100内设置有所述金属导热台130，磁控溅射工作时，金属柔性衬底111与金属导热台130相贴以传导溅射过程中产生的热量，维持靶材110的溅射温度。所述气体源300通过所述流量计400为所述腔室100充入定量的氩气以及氧气。需要注意的是，所述真空装置101在磁控溅射装置工作前，需对所述腔室100进行抽真空，排出所述腔室100内气体，使所述腔室100内形成真空，从而保证磁控溅射工作时，所述腔室100内所述氧气与所述氩气的占比，达到更好的溅射效果。

在本申请中，所述磁控溅射装置工作时，射频功率源在所述阳极罩180和所述金属柔性衬底111之间产生射频辉光放电，产生自由电子，所述自由电子在电场的作用下，在飞向所述待溅射基板120过程中与所述腔室100内氩气分子发生碰撞，使其电离产生出氩正离子和新的电子，所述新的电子飞向所述待溅射基板120，氩正离子在电场作用下加速飞向靶材110，并以高能量轰击靶材110表面的氧化物薄膜112，使所述靶材110表面的氧化物薄膜112发生溅射，在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积于所述待溅射基板120上，形成致密的薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁控组件160产生的磁场作用，增大运动路径和碰撞几率，诱发更多的氩气分子电离出大量的氩正离子来轰击靶材110，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶材110表面，并在电场的作用下最终沉积于所述待溅射基板120上。

本领域技术人员可以理解的是，电子与氩正离子之间的不断碰撞，实质上形成级联过程，在这种级联过程中，所述靶材100表面的氧化物薄膜112不断发生溅射向外运动，从而离开所述靶材100，并在磁场与电场的作用下飞向所述待溅射基板120。由于所述电子的能量很低，传递给待溅射基板120的能量很小，致使待溅射基板120温升较低，并且沉积在所述待溅射基板120表面的薄膜稳定性更高，附着力更强。

本领域技术人员可以理解的是，在一定气压下，在阴阳极之间施加交流电压，当其频率增高到射频频率时即可产生稳定的射频辉光放电。优选地，所述射频功率源的射频频率在5MHz～30MHz之间。

在本申请中，所述腔室100内设置有所述金属导热台130，磁控溅射工作时，金属柔性衬底111与金属导热台130相贴以传导溅射过程中产生的热量，维持靶材110的溅射温度。所述气体源300通过所述流量计400为所述腔室100充入定量的氩气以及氧气。需要注意的是，所述真空装置101在磁控溅射装置工作前，需对所述腔室100进行抽真空，排出所述腔室100内气体，使所述腔室100内形成真空，从而保证磁控溅射工作时，所述腔室100内所述氧气与所述氩气的占比，达到更好的溅射效果。

在溅射过程中，由于磁场与电场作用不均匀，通过所述滚轮170的设置，所述靶材110可以沿着所述待溅射基板120的水平方向上移动，可以避免所述靶材110表面受到轰击不均匀的现象，从而提高所述靶材利用率。并且通过所述旋转溅射挡板191和所述固定预溅射挡板192的设置，可以进一步控制所述待溅射基板120上薄膜的成膜均匀性。

本领域技术人员可以理解的是，所述磁控组件160的设置为本领域常规设置，满足本申请技术要求即可，本文不再赘述。所述气体源300所提供的氩气和氧气分别由不同的管道进入所述腔室100内，可以共用同一流量计400，也可以不同管道单独设置流量计400，具体地，满足本申请要求即可。

综上，本申请公开了一种磁控溅射装置，包括设置于腔室100内的靶材110以及与所述靶材110相对设置的待溅射基板120；所述靶材110为柔性氧化物靶材。所述磁控溅射装置还包括：磁控组件160和转动件170，所述磁控组件160用于产生磁场；所述转动件170用于带动所述靶材110移动。溶液加工氧化物薄膜作为本申请磁控溅射装置的靶材，可沉积形成高致密度、高附着力、缺陷密度较低的氧化物薄膜，并且通过所述转动件170带动所述靶材110运动，可以提高氧化物薄膜受到轰击后在所述待溅射基板120上的成膜均匀性和所述靶材110的利用率。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的一种磁控溅射装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种磁控溅射装置，包括腔室、设置于所述腔室内的靶材、以及设置于所述腔室内并与所述靶材相对设置的待溅射基板；其特征在于：所述靶材为柔性氧化物靶材；所述磁控溅射装置还包括：

磁控组件，所述磁控组件设置于所述腔室内并用于产生磁场；

转动件，所述转动件设置于所述腔室内，用于带动所述靶材运动。

2.如权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于：所述腔室配备有真空装置和气体源；

所述真空装置用于排出所述腔室内气体；

所述气体源外接于所述腔室，用于提供工作环境所需气体。

3.如权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于：所述靶材包括金属柔性衬底、以及沉积于所述金属柔性衬底上的氧化物薄膜。

4.如权利要求3所述的磁控溅射装置，其特征在于：所述磁控溅射装置还包括：

金属导热台，用来承载所述靶材并传导溅射过程中产生的热量；以及，

冷却模块，位于所述金属导热台下方；

其中，所述磁控组件设置于所述冷却模块的下方。

5.如权利要求4所述的磁控溅射装置，其特征在于：所述金属导热台、所述冷却模块以及所述磁控组件通过支撑装置固定于所述腔室内。

6.如权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于：所述磁控溅射装置还包括：

阳极罩，所述阳极罩与所述腔室固定连接，并且套设于所述靶材上方；以及，

挡板，所述挡板与所述腔室固定连接，并且设置于所述阳极罩上方；

其中，所述阳极罩设有开口，所述开口位于所述靶材上方。

7.如权利要求6所述的磁控溅射装置，其特征在于：所述挡板包括旋转溅射挡板和固定预溅射挡板，所述固定预溅射挡板设置于所述阳极罩上方，所述旋转溅射挡板设置于所述固定预溅射挡板上方；

其中，所述旋转溅射挡板具有第一支撑部以及第一遮挡部，所述第一支撑部与所述第一遮挡部相互垂直，所述第一支撑部固定于所述腔室中，以支撑所述第一遮挡部；

所述固定预溅射挡板具有第二支撑部以及第二遮挡部，所述第二支撑部与所述第二遮挡部相互垂直，所述第二支撑部固定于所述腔室中，以支撑所述第二遮挡部。

8.如权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于：所述磁控溅射装置还包括：电源；

所述电源为射频功率源，所述射频功率源的其中一极与所述阳极罩电性相连，另一极与所述转动件电性相连。

9.如权利要求3所述的磁控溅射装置，其特征在于：所述转动件包括有至少一个滚轮，所述滚轮与所述金属柔性衬底电性连接。

10.如权利要求3所述的磁控溅射装置，其特征在于：所述氧化物薄膜的前驱体为金属盐溶液或溶胶，所述氧化物薄膜的前驱体通过喷嘴喷涂于所述金属柔性衬底上，或者通过刮刀刮涂于所述金属柔性衬底上。

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