CN113061857B - 一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法及设备 - Google Patents

一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法，包括如下步骤，运行参数的调试，编制迟滞回线菜单，首先确定基础参数，基础参数包括离子源电源功率和连接靶材的射频电源功率、脉冲电源功率、基片台倾斜角度、工艺气体压力、工艺气体流量变化和工艺时间，然后参数的设置，按照设置的参数运行，完成指定工艺时间，下载基片，本发明采用离子辅助、倾斜溅射、混频电源、基片冷却的反应溅射的方法及设备，克服现有氧化铝薄膜沉积速率低，对基片上3D结构的裹覆率不高、基片温度较高的缺点。

Description

一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法及设备
技术领域
本发明属于薄膜物理气相沉积***领域，更具体的说涉及一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射氧化物、氮化物，如Al2O3、AlNx薄膜的方法。
背景技术
氧化物、氮化物薄膜，如Al2O3薄膜是一种重要的功能薄膜材料。
由于Al2O3薄膜具有较高的介电常数、高导热率、抗辐射损伤能力强。抗碱离子渗透能力强、以及在很宽的波长范围内透明等诸多优异的物理化学性能，使其在微电子器件，电致发光器件，光波导器件以及抗腐蚀涂层等众多领域有着广泛的应用。
Al2O3薄膜在微电子器件制备过程中广泛应用，其中一个重要的用途是用来做绝缘层。
由于在电子器件制备过程中，基片表面通常存在很多不同的3D结构，这就要求沉积Al2O3薄膜不仅具有较高的沉积速率、薄膜厚度的均匀性、高介电常数、更要对基片上3D结构有较高的裹覆率(conformal)。
Al2O3薄膜的制备方法有很多种，如离子辅助溅射、射频磁控控溅射、脉冲反应磁控溅射、化学气相沉积、原子层沉积和溶胶凝胶法等。
离子辅助沉积所制备的薄膜，具有膜基结合强度高、薄膜密度大等特点，在结构薄膜材料，功能薄膜材料制备方面，尤其在光学薄膜制备中均有广泛的应用。但是其沉积速率非常低，通常小于0.1nm/sec。
射频磁控溅射Al2O3薄膜的速率很低，在薄膜制备过程中需要大功率运行，造成***腔体温度较高，腔体内颗粒增多，工艺过程不稳定，基片温度过高等；且不能形成对基片上3D结构的较高裹覆率(conformal)。
脉冲反应磁控溅射，薄膜沉积速率较高，又因为可以在大面积范围内保持薄膜的均匀性，并能有效地解决制备Al2O3薄膜时的放电效应，成为研究的热点。但是通常的脉冲反应磁控溅射并不能形成对基片上3D结构的较高裹覆率(conformal)。
反应溅射，通常具有“迟滞回线”效应，即靶材的电流或电压会随反应气体流量的变化，产生突变；且气体流量的逐渐增加段的电压/电流变化，与气体流量的逐渐下降段的电压/电流变化不重合，形成“迟滞回线”，如图1所示。这是由于金属靶材的表面，在不同的反应气体流量下，溅射材料的不同逃逸电压所至。在小于A点的反应气体流量下，主要溅射的是金属材料，靶材电压较高，溅射速率也高，称为“金属模式”；在大于B点的反应气体流量下，主要溅射的是氧化物材料，靶材电压较低，溅射速率也低，称为“中毒模式”；在A-B点间，溅射的是金属、氧化物混合材料，称为“过渡模式”；其中，B-C点区域，既可以形成稳定的氧化物薄膜，且具有较高的溅射速率，是理想的稳定工艺区域。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用离子辅助、倾斜溅射、混频电源、基片冷却的反应溅射的方法及设备，克服现有氧化铝薄膜沉积速率低，对基片上3D结构的裹覆率不高、基片温度较高的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法，包括如下步骤，
S1：运行参数的调试，首先编制迟滞回线菜单，上载基片，运行迟滞回线菜单并绘制记录迟滞回线，确定稳定反应溅射时各参数的数值，并记录为指定值，完成调试后下载基片；
S2：参数的设置，基片上载至工艺腔体的基片台上；
S2.1：使基片台旋转至指定倾斜角度φ，然后使基片台围绕基片中心自转，转速为ω；
S2.2：打开工艺气体流量计，引入指定气体流量进入工艺腔体的真空腔室，控制工艺腔体的真空腔室内气压p至指定值；
S2.3：设置顶部磁体的线圈电流I_t和底部磁体的线圈电流I_b至指定值，以产生引导等离子体的磁场；
S2.4：设置离子源电源功率Pw至指定值，以在工艺腔体的真空腔室内产生等离子体；
S2.5：设置连接靶材的射频电源功率Pwr、脉冲电源功率Pwp至指定值和频率f，设定反转时间t至指定值；
S3：按照设置的参数运行，完成指定工艺时间，下载基片。
进一步的在步骤S1中，编制迟滞回线菜单时，首先确定基础参数，基础参数包括离子源电源功率和连接靶材的射频电源功率、脉冲电源功率、基片台倾斜角度、工艺气体压力、工艺气体流量变化和工艺时间，然后再运行迟滞回线菜单。
进一步的在步骤S1中，运行迟滞回线菜单时，由***记录靶材电流、电压随反应气体变化值，同时绘制迟滞回线，将迟滞回线中，靶材电流突然增加点为中毒点，其对应的反应气体流量标为Flow_pp。
进一步的在步骤S1中，确定稳定反应溅射时的反应气体流量值Flow_stable:(Flow_pp-Y)<Flow_stable<Flow_pp-X，
其中X＝1-2sccm；Y＝X+A；A＝2-3sccm。
进一步的在步骤S1中，在确定稳定反应溅射时的反应气体流量值后，若要改变基础参数，则重新编制迟滞回线菜单后再次运行。
进一步的在步骤S2.1中，基片台的倾斜角度φ＝30-80度，基片台自转的转速ω＝0-60RPM。
进一步的在步骤S2.2中，工艺气体的流速为0-200sccm，工艺腔体的真空腔室内气压为p＝1-20mTorr。
进一步的在步骤S2.3中，顶部磁体的线圈电流I_t＝0-200A；底部磁体的线圈电流I_b＝0-200A。
进一步的在步骤S2.4中，离子源电源功率Pw＝0-10kW。
进一步的在步骤S2.5中，连接靶材的射频电源功率Pwr＝0-10kW；脉冲电源功率Pwp＝0-10kW；脉冲电源频率f＝1-400kHz；反转时间t＝0-20μsec。
一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的设备，包括工艺腔体，工艺腔体内设置有等离子体源、靶支架和基片台，所述基片台的正面周围设置有气体喷淋单元，还包括基片传送真空腔体和基片上载腔体，所述工艺腔体与基片传送真空腔体连接，且二者之间设置有第一真空阀门，所述基片上载腔体与基片传送真空腔体连接且二者之间设置有第二真空阀门，所述基片上载腔体还设置有供基片放入的门，所述基片传送真空腔体内设置有机械手。
进一步的所述气体喷淋单元包括喷气环，基片台对应喷气环的中间用以放置基片，所述气体喷淋单元还包括若干喷孔，若干喷孔在喷气环的内侧沿圆周均匀分布，所述喷气环上设置有与喷孔连通的气道。
进一步的所述基片台的前方表面设置有密封单元，密封单元沿着基片台的轮廓形状布置，基片布置于密封单元上，且基片与基片台之间形成空腔，所述基片台上开设有连通至空腔的气体通道。
进一步的所述基片台内设置有冷却通道，冷却通道内通入冷媒。
进一步的所述靶支架位于等离子体源下方，且靶支架的正面与等离子体源的中心轴线呈角度倾斜布置，所述基片台的正面朝向靶支架的正面并远离等离子体源的中心轴线。
进一步的所述腔室内设置有顶部磁体和/或底部磁体，所述顶部磁***于等离子体源处，所述底部磁***于基片台处。
进一步的所述顶部磁体与等离子体源的中心轴线呈0-90°角度布置，所述底部磁体与基片台的中心线呈0-90°角度布置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：克服现有氧化物、氮化物薄膜，如Al2O3薄膜沉积速率低，对基片上3D结构的裹覆率不高、基片温度较高的缺点，本发明可以实现Al2O3薄膜沉积速率>1nm/sec；3D结构的裹覆率>50％；基片温度<50℃。
附图说明
图1为现有技术中迟滞回线的示意图；
图2为本发明中工艺腔体内的结构示意图；
图3为反应溅射设备中气体喷淋单元的立体结构示意图；
图4为反应溅射设备中气体喷淋单元的剖面视图；
图5为基片台具有挡板时的结构示意图；
图6为基片台的剖面视图；
图7为本发明中离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的设备的整体视图；
图8为本发明中迟滞回线的示意图；
图9为某一实施例工艺条件下的FIB照片。
附图标记：10、工艺腔体；101、第一真空阀门；11、基片传送真空腔体；111、机械手；112、第二真空阀门；12、基片上载腔体；2、等离子体源；3、靶支架；4、基片台；42、挡板；43、轴；45、喷气环；51、顶部磁体；52、底部磁体；6、基片；71、喷孔；73、气道；81、密封圈；82、气体通道；83、空腔；84、真空泵；85、电容压力计；86、控制器；87、阀门；88、质量流量控制器；89、冷却通道。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射氧化物、氮化物薄膜，如Al2O3、AlNx薄膜沉积的设备，同时包括基片6上载腔体12(LL)，如图7所示。基片6上载腔体12设置有门，打开后，可放入载有基片6的基片6盒。基片6上载腔体12与基片6传送真空腔83体11之间有第二真空阀门87112间隔。LL由真空泵84抽至真空。
一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射氧化物、氮化物薄膜，如Al2O3薄膜沉积的设备，同时包括基片6传送真空腔83体11(TM)，如图7所示。基片6传送真空腔83体11内设有机械手111。传送真空腔83体与工艺腔体10之间有第二真空阀门87112间隔，基片6传送真空腔83体11与基片6上载腔体12之间有第一真空阀门87101间隔。基片6传送真空腔83体11内机械手111可以在基片6传送真空腔83体11与基片6上载腔体12之间的第二真空阀门87112打开时，从基片6上载腔体12中抓取指定基片6至基片6传送真空腔83体11内，之后该第二真空阀门87112关闭。然后该机械手111在基片6传送真空腔83体11与工艺腔体10之间的第一真空阀门87101打开时，将该基片6送至工艺腔体10的基片台4上，从而完成基片6的上载过程。
一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射氧化物、氮化物薄膜，如Al2O3、AlNx薄膜沉积的设备，包括工艺腔体10，如图2所示。工艺腔体10内设置有等离子体源2、靶支架3和基片台4，所述基片台4的正面周围设置有气体喷淋单元。
本实施例优选的所述气体喷淋单元包括喷气环45，基片台4对应喷气环45的中间用以放置基片6，所述气体喷淋单元还包括若干喷孔71，若干喷孔71在喷气环45的内侧沿圆周均匀分布，所述喷气环45上设置有与喷孔71连通的气道73。
气道73的一端为气体入口，气体入口连接气源。
在本实施例中为使所有喷孔71喷出的气体流量均匀，优选的气道73入口至所有喷孔71的气道73路径距离相同，可以采用多级通道的形式，每一条通道分出两条支路作为下一级通道，同一级的两条支路的通道的路径距离相同，最后一级通道形成喷孔71即可。
本实施例优选的所述基片台4的前方设置有可开启的挡板42，本实施例中挡板42通过轴43与基片台4上的板转动连接，并且优选的通过电机驱动，挡板42可以绕轴43旋转，以使得其覆盖或未覆盖基片台4上的基片6，当然挡板42也可以通过平移的方式来覆盖或未覆盖基片6。
本实施例优选的所述基片台4的前方表面设置有密封单元，密封单元沿着基片台4的轮廓形状布置，基片6布置于密封单元上，密封单元可以采用如密封圈81，且基片6与基片台4之间形成空腔83，所述基片台4上开设有连通至空腔83的气体通道82，通过将气体通道82连接真空泵84，可以使基片6贴在密封单元上，此时可以简化基片台4的制造。
在气体通道82与真空泵84之间可以设置用于测量由空腔83内抽取气体的流速的电容压力计85，还可以包括控制器86，其用于与电容压力计85配合，该控制器86控制抽出气体的流速，从而控制空腔83内的气压。
优选的在气体通道82与电容压力计85之间设置有一支路，支路上设置有阀门87和质量流量控制器88，通过打开阀门87可以向空腔83内通入气体，通过阀门87、质量流量控制器88、电容压力计85、控制器86和真空泵84共同控制在沉积过程期间空腔83内的气体维持恒定压力。
在沉积过程中，空腔83内的气体可以作为基片6与基片台4之间的热导体，以使得基片6和基片台4实现热传导。
本实施例优选的所述基片台4内设置有冷却通道89，冷却通道89内通入冷媒，在冷却通道89内通入如水或水-醇的混合物作为冷媒，使其流过基片台4，以加速散热。
本实施例优选的所述靶支架3位于等离子体源2下方，且靶支架3的正面与等离子体源2的中心轴43线呈角度倾斜布置，所述基片台4的正面朝向靶支架3的正面并远离等离子体源2的中心轴43线。
其中优选的基片台4可以采用旋转机构使基片6能够围绕轴43线在原位旋转。
当然基片台4整体可以相对靶支架3转动，以调整其与靶支架3之间的角度。
在本实施例中等离子体源2的中心轴43线即为等离子体路径，基片台4使得基板远离等离子体路径，但是其使得基板指向靶支架3上靶材的溅射表面，以使得溅射材料在基板上沉积最大化。
在本实施例中优选的靶支架3可以采用旋转机构带动靶材进行旋转，当然靶支架3的倾斜角度优选的是可调的，但这些不是必需的。
本实施例优选的所述腔体内设置有顶部磁体51和/或底部磁体52，所述顶部磁体51位于等离子体源2处，所述底部磁体52位于基片台4处。
本实施例优选的所述顶部磁体51与等离子体源2的轴43线呈0-90°角度布置。
本实施例优选的所述底部磁体52与基片台4的中心线呈0-90°角度布置。
这两个磁体可以是电磁线圈或环形磁体。顶部磁体51和底部磁体52可以产生具有不对称强度的磁场，从而形成可以操控的磁场线，以控制等离子体源2发出的离子浓度及到达靶材处离子的浓度可以被有效的控制。
一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射氧化物、氮化物薄膜，如Al2O3、AlNx薄膜沉积的方法，有如下步骤:
S1：运行参数的调试，首先编制迟滞回线菜单，上载基片6，运行迟滞回线菜单并绘制记录迟滞回线，确定稳定反应溅射时各参数的数值，并记录为指定值，完成调试后下载基片6；
S2：参数的设置，基片6上载至工艺腔体10的基片台4上；
S2.1：使基片台4旋转至指定倾斜角度φ，然后使基片台4围绕基片6中心自转，转速为ω；
S2.2：打开工艺气体流量计，引入指定气体流量进入工艺腔体10的真空腔83室，控制工艺腔体10的真空腔83室内气压p至指定值；
S2.3：设置顶部磁体51的线圈电流I_t和底部磁体52的线圈电流I_b至指定值，以产生引导等离子体的磁场；
S2.4：设置离子源电源功率Pw至指定值，以在工艺腔体10的真空腔83室内产生等离子体；
S2.5：设置连接靶材的射频电源功率Pwr、脉冲电源功率Pwp至指定值和频率f，设定反转时间t至指定值；
S3：按照设置的参数运行，完成指定工艺时间，下载基片6。
本实施例优选的，在步骤S1中，编制迟滞回线菜单时，首先确定基础参数，基础参数离子源电源功率和连接靶材的射频电源功率、脉冲电源功率、基片台4倾斜角度、工艺气体(Ar、O2、N2)的压力；工艺气体流量，如Ar、O2、N2气体流量变化；工艺时间，然后再运行迟滞回线菜单。在本实施例中的工艺气体包括Ar、O2、N2。
本实施例优选的在步骤S1中，运行迟滞回线菜单时，由***记录靶材电流、电压随反应气体(O2、N2)流量变化值，同时绘制迟滞回线，将迟滞回线中靶材电流突然增加点为中毒点，其对应的反应气体(O2、N2)流量标为Flow_pp。本实施例中的反应气体为工艺气体中参与反应的气体，包括O2、N2。
本实施例优选的在步骤S1中，确定稳定反应溅射时的反应气体，如O2，N2气的流量值Flow_stable:
(Flow_pp-Y)<Flow_stable<Flow_pp-X，
其X＝1-2sccm；Y＝X+A；A＝2-3sccm。
如图8和表1所示，在测得Flow_pp为36sccm的条件下，依照上述公式，取O2流量为33.8、34.2、34.4、34.6、34.8sccm，分别运行薄膜沉积工艺，可以获得稳定的薄膜厚度及折射率，表明在该区间内，形成稳定薄膜沉积工艺，即表明完成工艺过程S1。
表1：
Figure BDA0002972806900000091
Figure BDA0002972806900000101
本实施例优选的在步骤S1中，在确定稳定反应溅射时反应气体，如O2、N2的流量值后，若要改变基础参数，则重新编制迟滞回线菜单后再次运行。
如表2所示，其为工艺运行S2过程的具体实施的若干案例。
表2：
B C D E F G H I G L M
Deg w w w mTorr sccm sccm sec nm ％ nm/sec
75 3500 3200 1000 3 90 29.4 1000 1042.8 0.63 1.043
65 3500 3200 1000 3 90 29.4 1040 1034.9 0.58 0.995
55 3500 3200 1000 3 90 29.0 1155 1053.9 0.57 0.912
45 3500 3200 1000 3 90 28.8 1320 1032.7 0.50 0.785
35 3500 3200 1000 3 90 28.6 1575 1045.7 0.25 0.664
25 3500 3200 1000 3 90 28.0 2200 1060.0 0.75 0.482
在表2中，B为基片台4倾斜角度；C为离子源电源功率；D为连接靶材的射频电源功率；E为脉冲电源功率；F为工艺气体Ar和O2的压力；G为Ar流量；H为O2流量；I为沉积时间；G为镀膜厚度；L为膜厚度的均方差σ％；M为沉积速率。
工艺的基础参数“基片台4的倾斜角度”从25度到75度变化，每一个基片台4的倾斜角度，都要执行工艺调试过程S1，并获得其对应的稳定工艺的O2流量，例如当基片台4的倾斜角度为25度时，稳定工艺的O2流量为28.0sccm。表2中的H值(O2流量)分别为经过S1过程测得的、对应B值(基片台4的倾斜角度)的稳定工艺的O2流量。
本实施例优选的在步骤S2.1中，基片台4的倾斜角度φ＝30-80度，基片台4自转的转速ω＝0-60RPM；在步骤S2.2中，工艺气体，如Ar、O2、N2的流量为0-200sccm，PM腔体内气压P＝1-20mTorr；在步骤S2.3中，顶部磁体51的线圈电流I_t＝0-200A；底部磁体52的线圈电流I_b＝0-200A；在步骤S2.4中，离子源电源功率Pw＝0-10kW；在步骤S2.5中，连接靶材的射频电源功率Pwr＝0-10kW；脉冲电源功率Pwp＝0-10kW；脉冲电源频率f＝1-400kHz；反转时间t＝0-20μsec。
在某个实施运行工艺案例中，基片台4的倾斜角度φ＝75度，基片台4自转的转速ω＝30RPM；在步骤S2.2中，Ar的流量为90sccm；O2的流量为29.4sccm；工艺腔体10内气压P＝3mTorr；在步骤S2.3中，顶部磁体51的线圈电流I_t＝100A；底部磁体52的线圈电流I_b＝190A；在步骤S2.4中，离子源电源功率Pw＝3.5kW；在步骤S2.5中，连接靶材的射频电源功率Pwr＝3.2kW；脉冲电源功率Pwp＝1kW；频率f＝40kHz；反转时间t＝10μsec。该工艺运行所获得的薄膜厚度均匀性为其厚度均方差为0.63％，沉积速率为1.043nm/sec。
在另个实施运行工艺案例中，基片台4的倾斜角度φ＝45度，基片台4自转的转速ω＝30RPM；在步骤S2.2中，Ar的流量为90sccm；O2的流量为29.4sccm；工艺腔体10内气压P＝3mTorr；在步骤S2.3中，顶部磁体51的线圈电流I_t＝100A；底部磁体52的线圈电流I_b＝190A；在步骤S2.4中，离子源电源功率Pw＝3.5kW；在步骤S2.5中，连接靶材的射频电源功率Pwr＝3.2kW；脉冲电源功率Pwp＝1kW；频率f＝40kHz；反转时间t＝10μsec。该工艺运行所获得的薄膜厚度均匀性为其厚度均方差为0.50％，沉积速率为0.785nm/sec。
由表2可知，所得薄膜的厚度的均匀性均可以达到高精度薄膜沉积的要求(要求厚度均方差通常为<1.0％)；同时，沉积速率与基片台4的倾斜角度成正比，即基片台4的倾斜角度越高，沉积速率越大。
在另个实施运行工艺案例中，基片台4的倾斜角度φ＝45度，基片台4自转的转速ω＝30RPM；在步骤S2.2中，Ar的流量为90sccm；O2的流量为29.4sccm；工艺腔体10内气压P＝3mTorr；在步骤S2.3中，顶部磁体51的线圈电流I_t＝100A；底部磁体52的线圈电流I_b＝190A；在步骤S2.4中，离子源电源功率Pw＝3.5kW；在步骤S2.5中，连接靶材的射频电源功率Pwr＝3.2kW；脉冲电源功率Pwp＝1kW；频率f＝40kHz；反转时间t＝10μsec。该工艺运行所获得的薄膜厚度均匀性为其厚度均方差为0.50％，沉积速率为0.785nm/sec；图9也示出该工艺条件下的FIB(Focused Ion Beam)照片，可见工艺达到的3D结构的裹覆率(conformal)为t0/t＝50％，其中，t0为3D结构表面沉积的薄膜的厚度，t为3D结构的侧面沉积的薄膜的厚度。
在某个实施运行工艺案例中，基片台4的倾斜角度φ＝75度，基片台4自转的转速ω＝30RPM；在步骤S2.2中，Ar的流量为90sccm；O2的流量为29.4sccm；工艺腔体10内气压P＝3mTorr；在步骤S2.3中，顶部磁体51的线圈电流I_t＝100A；底部磁体52的线圈电流I_b＝190A；在步骤S2.4中，离子源电源功率Pw＝3.5kW；在步骤S2.5中，连接靶材的射频电源功率Pwr＝3.2kW；脉冲电源功率Pwp＝1kW；频率f＝40kHz；反转时间t＝10μsec。该工艺运行所获得的薄膜厚度约为500nm,厚度均匀性为其厚度均方差为0.63％，沉积速率为1.043nm/sec，同时，利用温度点片测得基片6表面温度为<48℃，如表3所示。
在另外某个实施运行工艺案例中，基片台4的倾斜角度φ＝75度，基片台4自转的转速ω＝30RPM；在步骤S2.2中，Ar和O2的流量为90sccm；O2的流量为29.4sccm；PM腔体内气压P＝3mTorr；在步骤S2.3中，顶部磁体51的线圈电流I_t＝100A；底部磁体52的线圈电流I_b＝190A；在步骤S2.4中，离子源电源功率Pw＝3.5kW；在步骤S2.5中，连接靶材的射频电源功率Pwr＝3.2kW；脉冲电源功率Pwp＝1kW；频率f＝40kHz；反转时间t＝10μsec。该工艺运行所获得的薄膜厚度约为2um,厚度均匀性为其厚度均方差为0.63％，沉积速率为1.043nm/sec，同时，利用温度点片测得基片6表面温度为<48℃，如表3所示。
表3：
Figure BDA0002972806900000121
需要指出的是，不同的基片台4的倾斜角度工艺，可以应用在不同的场合，适应具体的薄膜沉积工艺要求。一般的，基片台4的倾斜角度越小，3D结构的裹覆率越大，但是沉积速率变小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1：运行参数的调试，首先编制迟滞回线菜单，上载基片，运行迟滞回线菜单并绘制记录迟滞回线，确定稳定反应溅射时各参数的数值，并记录为指定值，完成调试后下载基片；
运行迟滞回线菜单时，由***记录靶材电流、电压随反应气体变化值，同时绘制迟滞回线，将迟滞回线中，靶材电流突然增加点为中毒点，其对应的反应气体流量标为Flow_pp；
确定稳定反应溅射时的反应气体流量值Flow_stable:
(Flow_pp-Y)<Flow_stable<Flow_pp-X，
其中X=1-2sccm；Y=X+A；A=2-3sccm；
S2：参数的设置，基片上载至工艺腔体的基片台上；
S2.1：使基片台旋转至指定倾斜角度φ，然后使基片台围绕基片中心自转，转速为ω；
S2.2：打开工艺气体流量计，引入指定气体流量进入工艺腔体的真空腔室，控制工艺腔体的真空腔室内气压p至指定值；
S2.3：设置顶部磁体的线圈电流I_t和底部磁体的线圈电流I_b至指定值，以产生引导等离子体的磁场；
S2.4：设置离子源电源功率Pw至指定值，以在工艺腔体的真空腔室内产生等离子体；
S2.5：设置连接靶材的射频电源功率Pwr、脉冲电源功率Pwp至指定值和频率f，设定反转时间t至指定值；
S3：按照设置的参数运行，完成指定工艺时间，下载基片。
2.根据权利要求1所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法，其特征在于：在步骤S1中，编制迟滞回线菜单时，首先确定基础参数，基础参数包括离子源电源功率和连接靶材的射频电源功率、脉冲电源功率、基片台倾斜角度、工艺气体压力、工艺气体流量变化和工艺时间，然后再运行迟滞回线菜单。
3.根据权利要求2所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法，其特征在于：在步骤S1中，在确定稳定反应溅射时的反应气体流量值后，若要改变基础参数，则重新编制迟滞回线菜单后再次运行。
4.根据权利要求3所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法，其特征在于：在步骤S2.1中，基片台的倾斜角度φ=30-80度，基片台自转的转速ω=0-60RPM。
5.根据权利要求4所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法，其特征在于：在步骤S2.2中，工艺气体的流速为0-200sccm，工艺腔体的真空腔室内气压为p=1-20mTorr。
6.根据权利要求5所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法，其特征在于：在步骤S2.3中，顶部磁体的线圈电流I_t=0-200A；底部磁体的线圈电流I_b=0-200A。
7.根据权利要求6所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法，其特征在于：在步骤S2.4中，离子源电源功率Pw=0-10kW。
8.根据权利要求7所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的方法，其特征在于：在步骤S2.5中，连接靶材的射频电源功率Pwr=0-10kW；脉冲电源功率Pwp=0-10kW；脉冲电源频率f=1-400kHz；反转时间t=0-20μsec。
9.一种离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的设备，包括工艺腔体，工艺腔体内设置有等离子体源、靶支架和基片台，所述基片台的正面周围设置有气体喷淋单元，其特征在于：还包括基片传送真空腔体和基片上载腔体，所述工艺腔体与基片传送真空腔体连接，且二者之间设置有第一真空阀门，所述基片上载腔体与基片传送真空腔体连接且二者之间设置有第二真空阀门，所述基片上载腔体还设置有供基片放入的门，所述基片传送真空腔体内设置有机械手。
10.根据权利要求9所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的设备，其特征在于：所述气体喷淋单元包括喷气环，基片台对应喷气环的中间用以放置基片，所述气体喷淋单元还包括若干喷孔，若干喷孔在喷气环的内侧沿圆周均匀分布，所述喷气环上设置有与喷孔连通的气道。
11.根据权利要求10所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的设备，其特征在于：所述基片台的前方表面设置有密封单元，密封单元沿着基片台的轮廓形状布置，基片布置于密封单元上，且基片与基片台之间形成空腔，所述基片台上开设有连通至空腔的气体通道。
12.根据权利要求11所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的设备，其特征在于：所述基片台内设置有冷却通道，冷却通道内通入冷媒。
13.根据权利要求12所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的设备，其特征在于：所述靶支架位于等离子体源下方，且靶支架的正面与等离子体源的中心轴线呈角度倾斜布置，所述基片台的正面朝向靶支架的正面并远离等离子体源的中心轴线。
14.根据权利要求13所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的设备，其特征在于：所述工艺腔体内设置有顶部磁体和/或底部磁体，所述顶部磁***于等离子体源处，所述底部磁***于基片台处。
15.根据权利要求14所述的离子辅助、倾斜溅射、反应溅射沉积薄膜的设备，其特征在于：所述顶部磁体与等离子体源的中心轴线呈0-90°角度布置，所述底部磁体与基片台的中心线呈0-90°角度布置。
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