[发明专利]使用远程等离子体源的介电沉积

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2010年3月22日提交的美国临时申请第61/316,306号的权益，所述申请以引用的方式全部并入本文。

发明领域

本发明一般涉及溅射沉积工艺工具，且本发明尤其涉及用于介电材料的高生产率溅射沉积系统，所述系统配置有远离溅射靶材的等离子体源。

发明背景

在由于内部热应力的材料裂缝之前，在介电材料的常规射频（radio frequency;RF）溅射中的沉积速率受到可施加于靶材的功率密度的限制。介电材料通常为不良的导热体。常规溅射源中的磁控管以跑道图案（racetrack pattern）约束Ar等离子体。如此横跨靶材产生不均匀功率密度，导致靶材的不均匀加热、靶材中的内应力累积以及甚至裂缝。

特别地，用于在制造薄膜电池时溅射沉积锂磷氮氧（LiPON）电解质材料的介电靶材对裂缝敏感。目前，将LiPON薄膜的沉积速率保持较低以避免使靶材材料裂化。存在对于用于沉积LiPON薄膜的改进方法和设备的需要。

发明概述

本发明的实施例提供溅射沉积工具和方法，所述溅射沉积工具和方法为使用Li₃PO₄（磷酸锂）溅射靶材的薄膜电池的LiPON沉积提供制造优点。通过使用诸如由英国的Plasma Quest Ltd.（等离子体快思特有限公司）提供且在美国专利第6,463,873号和第7,578,908号中描述且在www.plasmaquest.com.uk（最后一次于2010年3月19日访问）可知的远程等离子体源，可以实现横跨Li₃PO₄靶材的更均匀氩离子分布。如此产生Li₃PO₄靶材的更均匀加热，从而产生减少的热应力。因此，可以增加功率密度，从而产生较高LiPON沉积速率。

此外，在本文描述对等离子体源的改进和对沉积腔室的改进，所述改进允许使用一般用于半导体集成电路制造中的用于溅射大尺寸介电靶材的远程等离子体源，对于200mm基板的13英寸靶材和对于300mm基板的17英寸靶材。例如，代替圆柱形等离子体源，具有较大纵横比的等离子体源可用来产生适用于覆盖较大靶材尺寸的细长等离子体。可将靶材配置改进以提供更均匀的靶材腐蚀，例如通过将靶材整形以补偿不均匀腐蚀。可使用电磁铁和/或磁铁（永久磁铁或磁性材料）将等离子体在沉积腔室中扩散以覆盖较大靶材。

根据本发明的方面，提供一种溅射沉积系统，所述溅射沉积系统包括：真空腔室，所述真空腔室包括用于在所述真空腔室中维持真空的真空泵；进气口，所述进气口用于供应工艺气体到真空腔室；在真空腔室之内的溅射靶材；在真空腔室之内的基板支撑器；和等离子体源，所述等离子体源附着于真空腔室且定位于距溅射靶材较远位置，所述等离子体源被配置为形成延伸至真空腔室中的高密度等离子体束。等离子体源可包括：矩形截面源腔室；电磁铁；和射频线圈；其中矩形截面源腔室和射频线圈被配置为使高密度等离子体束具有细长卵形截面。此外，溅射靶材表面可被设置为非平面形式，以提供均匀等离子体能量沉积至靶材中和/或在基板支撑器上的基板表面处提供均匀溅射沉积。根据本发明的进一步方面，溅射沉积系统可包括用于整形高密度等离子体束的等离子体扩散系统，从而完全且均匀地覆盖溅射靶材。

附图简要说明

在阅读本发明的特定实施例的以下描述连同附图之后，本发明的这些及其他方面和特征将对本领域中的普通技术人员显而易见，在所述附图中：

图1为具有远程等离子体源的现有技术溅射沉积系统的透视图；

图2为第一现有技术溅射沉积系统的源腔室和工艺腔室的示意性截面图；

图3为图示由于腔室螺线管的磁通线的图2的示意性截面图。

图4为具有用于转向等离子体束的转向磁铁的第二现有技术溅射沉积系统的源腔室和工艺腔室的示意性截面图；

图5为具有用于转向等离子体束的转向磁铁的第三现有技术溅射沉积系统的源腔室和工艺腔室的示意性截面图；

图6为第四现有技术溅射沉积系统的源腔室和工艺腔室的示意性截面图；

图7为图6的溅射沉积系统的替代现有技术靶材部件的细节；

图8为根据本发明的某些实施例的远程等离子体源的第一实例的示意图；

图9为根据本发明的某些实施例的远程等离子体源的第二实例的示意图；

图10为产生非均匀膜厚度的靶材几何形状的实例的截面图；