具有多個(gè)濺射源的反應(yīng)濺射的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及襯底的反應(yīng)濺涂領(lǐng)域，更特定而言涉及反應(yīng)式磁控濺涂。其涉及根據(jù)權(quán)利要求的開(kāi)始條款的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明可包括或含有在波導(dǎo)的制造中的應(yīng)用，更特別地在光學(xué)波導(dǎo)的制造中的應(yīng)用。
[0003]始于此實(shí)例，將討論反應(yīng)濺涂的潛在問(wèn)題以及這些問(wèn)題的已知解決方案。
[0004]波導(dǎo)被用于在緊密空間中傳導(dǎo)光。其類(lèi)似于光纖工作。光在被較低折射率介質(zhì)包圍的高折射率介質(zhì)中傳導(dǎo)。全反射防止光射出高系數(shù)介質(zhì)。同樣的原理應(yīng)用于夾在較低折射率層之間的高折射率薄膜。光學(xué)薄膜特別適合于光電子學(xué)應(yīng)用，其中它們可被集成到半導(dǎo)體芯片的制造內(nèi)。對(duì)于薄膜波導(dǎo)的特殊要求是最小的光吸收和散射。典型的薄膜波導(dǎo)由夾在S12或Al2O3包層之間的Ta2O5膜組成。氧化鋁膜也給予波導(dǎo)良好的機(jī)械保護(hù)。
[0005]如許多其它電介質(zhì)，通過(guò)在氧氣存在的情況下濺射金屬鋁目標(biāo)來(lái)沉積氧化鋁。以最簡(jiǎn)單的方式，脈沖式DC(直流)電源設(shè)置為在選定的功率水平。取決于氧氣流量，所得到的反應(yīng)過(guò)程將傾向于“金屬”或“氧化物”模式。這種行為由熟知的反應(yīng)派射滯回(hysteresis)曲線(xiàn)來(lái)描述，其中在恒定濺射功率下相對(duì)于氧氣流量來(lái)記錄目標(biāo)電壓。圖1示出這種反應(yīng)濺射滯回曲線(xiàn)。
[0006]當(dāng)利用如鋁的金屬涂層來(lái)涂覆襯底(例如，玻璃襯底)時(shí)，常常使用濺射裝置，其包括帶目標(biāo)的電極。由于帶電荷的粒子(來(lái)自Ar工作氣體的Ar離子)碰撞于金屬目標(biāo)上來(lái)濺射金屬目標(biāo)。在該過(guò)程中，濺射粒子，最終在與如氧氣或氮?dú)獾臍怏w反應(yīng)之后，會(huì)沉積到襯底上。在其中目標(biāo)被磁場(chǎng)穿透的電極、目標(biāo)和磁體的特定布置被稱(chēng)作磁控(magnetron)。如果從目標(biāo)濺射的材料粒子在它們沉積于所述襯底上之前與氣體反應(yīng)，則該過(guò)程被稱(chēng)作反應(yīng)濺射。如果，例如S12將被蒸氣沉積到襯底上，從Si目標(biāo)濺射Si原子，其再次與引入到處理室內(nèi)的氧氣起反應(yīng)。在恒定電功率引入的氧氣影響在處理室的陰極或多個(gè)陰極處的放電電壓。如果在恒定電功率相對(duì)于O2流量來(lái)繪制放電電壓，得到具有滯回的曲線(xiàn)(參看圖1)。
[0007]隨著氧氣流量增加(圖1中的箭頭A)，目標(biāo)或放電電壓最初略微降低且隨后劇烈地降低到低值，而且濺射速率急劇下降且處理室中氧氣分壓力急劇增加，因?yàn)橐缘蜑R射速率，需要更少的氧氣來(lái)氧化所沉積的膜(圖1中的箭頭B)。從此值繼續(xù)，放電電壓隨后隨著氧氣流量增加僅可忽略地降低。
[0008]如果現(xiàn)在減小氧氣流量(圖1中的箭頭C)，目標(biāo)電壓將僅緩慢增加。但是，在具體的較低氧氣流量處，放電電壓將劇烈地增加(圖1中的箭頭D)。由于在電壓分別(劇烈地)降低和(劇烈地)增加處的這些氧氣流量不相同，所以導(dǎo)致了滯回。
[0009]由于這種行為，設(shè)置穩(wěn)定的工作點(diǎn)是困難的，因?yàn)閮H僅氧氣流量和/或供應(yīng)的電功率的微小變化就可突然導(dǎo)致放電電壓的“跳躍”。
[0010]發(fā)生滯回，因?yàn)殡S著氧氣流量升高，目標(biāo)變得部分地被具有更低濺射速率的氧化物覆蓋。在低氧氣流量處(圖1中的箭頭A)，大部分氧氣被用盡以在襯底上形成氧化鋁膜和防護(hù)物。高于某一閾值，濺射速率降低，使得處理室中剩下更多的氧氣，這導(dǎo)致在目標(biāo)上更多的氧化物直到目標(biāo)以很低的濺射速率完全被氧化物覆蓋(圖1中的箭頭B)。這被稱(chēng)作氧化物模式。
[0011]降低氧氣流量仍留有(S卩，允許持續(xù))高氧氣分壓力，直到從目標(biāo)移除了氧化物(圖1中的箭頭C)。在該點(diǎn)，濺射速率增加，用完剩余的氧氣，且目標(biāo)再次處于金屬模式(圖1中的箭頭D)。
[0012]到目前為止，大部分應(yīng)用需要氧化鋁的純電介質(zhì)性質(zhì);例如，低光學(xué)吸收和高介電強(qiáng)度。這不能在金屬區(qū)域中實(shí)現(xiàn)，其中目標(biāo)表面仍為金屬性的且在襯底上發(fā)生正在生長(zhǎng)的膜的僅某種程度的氧化。另一方面在氧化物模式區(qū)域中選擇工作點(diǎn)將導(dǎo)致無(wú)吸收的膜(absorpt1n free f iIm)。但是，由于在此模式目標(biāo)表面被完全氧化，所得到的沉積速率很低，且不能調(diào)節(jié)正在生長(zhǎng)的膜的組成。
[0013]為了以組成控制和高沉積速率的可能性進(jìn)行完全電介質(zhì)膜沉積，在金屬模式與氧化物模式之間的過(guò)渡區(qū)域中的操作是必須的，這需要主動(dòng)反饋機(jī)制。為氧化鋁的過(guò)渡模式濺射選擇濺射電壓控制是可能的，且發(fā)明者已經(jīng)執(zhí)行了相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。與其它被證明的方法(如光發(fā)射和分壓力控制)相比，使用電源作為恒定電壓源意味著(使用適當(dāng)電源)僅僅該裝置的工作模式的改變。
[0014]通過(guò)使電壓穩(wěn)定，能以可再現(xiàn)的方式到達(dá)在跳躍之間的區(qū)域(過(guò)渡區(qū)域)而不會(huì)使該過(guò)程發(fā)展偏離到金屬模式或氧化物模式。
[0015]另外，在下文的部分“
【發(fā)明內(nèi)容】
”，將討論反應(yīng)濺涂的另外的問(wèn)題，以及現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于創(chuàng)造不具有上述缺點(diǎn)的設(shè)備和方法。將提供一種通過(guò)反應(yīng)濺射來(lái)涂覆襯底的設(shè)備，其允許通過(guò)反應(yīng)濺涂來(lái)制造濺涂的襯底的改進(jìn)方式。此外，將提供相應(yīng)的方法。
[0017]本發(fā)明的另一目的在于提供一種以反應(yīng)濺涂實(shí)現(xiàn)均勻沉積的方式。
[0018]本發(fā)明的另一目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)通過(guò)反應(yīng)濺涂所產(chǎn)生的涂層的均一的厚度分布的方式。
[0019]本發(fā)明的另一目的在于提供一種允許以相當(dāng)明確的方式調(diào)節(jié)涂層組成的反應(yīng)濺涂方式。
[0020]本發(fā)明的另一目的在于提供一種相當(dāng)簡(jiǎn)單地允許具有相當(dāng)穩(wěn)定的沉積條件，特別是具有相當(dāng)恒定的沉積速率的反應(yīng)濺涂方式。
[0021]本發(fā)明的另一目的在于提供一種相當(dāng)簡(jiǎn)單地允許實(shí)現(xiàn)特別地可再現(xiàn)的涂層性質(zhì)的反應(yīng)濺涂方式。
[0022]本發(fā)明的另一目的在于提供一種相當(dāng)簡(jiǎn)單地允許實(shí)現(xiàn)特別均勻的涂層性質(zhì)的反應(yīng)濺涂方式。
[0023]另外的目的從下面的描述和實(shí)施例顯出。
[0024]這些目的中的至少一個(gè)至少部分地由根據(jù)本專(zhuān)利權(quán)利要求的設(shè)備和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0025]用于通過(guò)反應(yīng)濺射來(lái)涂覆襯底的設(shè)備包括:軸;關(guān)于所述軸成對(duì)稱(chēng)布置的至少兩個(gè)目標(biāo)，以及連接到所述目標(biāo)的電源，其中所述目標(biāo)能交替地作為陰極和陽(yáng)極工作。
[0026]以此方式處理“消失的陽(yáng)極”問(wèn)題，且同時(shí)可實(shí)現(xiàn)良好的涂層均一性。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，所述設(shè)備為真空沉積系統(tǒng)。
[0028]在可選地參考之前提議的實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施例中，使用所述電源，所述目標(biāo)能交替地作為陰極和陽(yáng)極工作。
[0029]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，所述電源如此被連接到所述目標(biāo)使得所述目標(biāo)能交替地作為陰極和陽(yáng)極工作。
[0030]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，所述電源被結(jié)構(gòu)化和配置成操作所述目標(biāo)交替地作為陰極和陽(yáng)極。
[0031 ]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，交替地操作所述目標(biāo)作為陰極和陽(yáng)極。
[0032]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，所述電源為DC電源。
[0033]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備包括用于繞所述軸旋轉(zhuǎn)所述襯底的裝置，特別是用于在涂覆期間繞所述軸旋轉(zhuǎn)所述襯底的裝置。這大大提高了可實(shí)現(xiàn)的涂層的均勻性和厚度均一性。
[0034]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備包括用于運(yùn)載所述襯底的襯底運(yùn)載器和用于繞所述軸旋轉(zhuǎn)所述襯底運(yùn)載器的裝置。這是使襯底可旋轉(zhuǎn)的方式。
[0035]此實(shí)施例特別重要，因?yàn)樵跒R射期間旋轉(zhuǎn)襯底的可能性允許制造特別好的涂層，特別是關(guān)于可實(shí)現(xiàn)的均一性。
[0036]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于所述軸對(duì)稱(chēng)的所述布置包括將所述目標(biāo)布置為使得它們的相應(yīng)目標(biāo)中心被布置于繞所述軸的圓上。在本文中且也相對(duì)于下述的實(shí)施例，注意到所述圓可具有零半徑。
[0037]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于所述軸對(duì)稱(chēng)的所述布置意味著關(guān)于所述軸對(duì)稱(chēng)布置所述目標(biāo)，其中它們的相應(yīng)的目標(biāo)中心被布置于繞所述軸的圓上。
[0038]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于所述軸對(duì)稱(chēng)的所述布置包括或特別地意味著將所述目標(biāo)布置于繞所述軸的限定半徑上。
[0039]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，所述設(shè)備為用于利用電介質(zhì)涂層來(lái)涂覆襯底，特別地涂覆單個(gè)襯底的設(shè)備，特別地為用于利用脈沖式DC濺射來(lái)進(jìn)行金屬氧化物的反應(yīng)式磁控濺射的設(shè)備。
[0040]在可與之前提議的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)組合的一個(gè)實(shí)施例中，所述目標(biāo)