一种全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射方法及其设备与流程

1.本发明涉及物理沉积领域，更具体地说，它涉及一种全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射方法及其设备。


背景技术：

2.物理沉积技术是半导体工业中广为使用的一类薄膜制造技术，该技术是利用线圈感应耦合方法可以从靶材上激发出高密度的等离子体，使等离子状态的靶材物质撞击并生长附着在需要镀膜的工件表面，形成所需要的镀膜。
3.氧化钒的物理沉积技术通常使用磁控溅射设备，采用电压控制法，根据设备内通入的氧气流量的大小来调节靶材上输入的电压大小。而这个平衡是需要时间的，在这段时间内生成的氧化钒实际上不是我们所需要的，也会沉积到衬底上，造成整体生长的氧化钒薄膜性能变差。
4.目前，授权公告号为cn106854752b的中国专利公开了一种磁控溅射设备，它包括工艺腔室、靶材、靶材背板、磁控管和冷却腔室，其中，冷却腔室位于工艺腔室上方，靶材背板设置在冷却腔室与工艺腔室之间，用以使二者相互隔离，通过向冷却腔室内通入冷却媒介来冷却靶材背板；靶材设置在靶材背板的下表面上，磁控管设置在冷却腔室内，在靶材背板的上表面覆盖有导热绝缘件，用以将靶材背板与冷却腔室及其内部的冷却媒介电绝缘。
5.这种磁控溅射设备虽然无需使用去离子水冷却靶材，能够简化水路系统的结构，而且还可以减少通入到靶材的溅射能量耗散到磁控管及其驱动机构上的耗散量。但这种设备应用在氧化钒薄膜时，如目前市场上许多设磁控溅射设备一样，在设备刚启动时，由于设备内部尚未达到一个动态平衡，在达到动态平衡之前，实际生成的氧化钒薄膜中的含有多种不同价态钒的氧化物，而我们在生产中往往需要钒和氧的摩尔量比为1：2，因此这段时间内生产的氧化钒薄膜是不符合生产要求的，而且其附着在需要薄膜的基片表面之后，会造成整体生成的氧化钒薄膜性能变差。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射方法及其设备，具有使基片上生成的氧化钒薄膜的成分更单一，薄膜的质量更好的优点。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射设备，其特征在于，包括：密封腔体，用于抽取真空，作为进行磁控溅射的环境；载片台，设置于密封腔体内，用于放置需要进行加工的基片；磁控溅射组件，在密封腔体内与载片台的承载面相对设置，用于将靶材物质通过电磁溅射法沉积到基片表面；遮挡屏蔽件，设置于载片台和磁控溅射组件之间，用于移动遮挡射向基片的靶材
物质；移动部，安装在密封腔体内且与遮挡屏蔽件固定连接，用于控制遮挡屏蔽件；控制器，与移动部电性连接，用于控制移动部移动及其移动方向；电压传感器，与磁控溅射组件和控制器电性连接，用于检测磁控溅射组件的工作电压与设定电压是否一致，并把检测结果发送到控制器。
8.采用上述技术方案，通过电压传感器检测磁控溅射组件上输入的溅射电压是否等于设定电压，当磁控溅射组件上输入的电压不等于设定电压时，电压传感器发送电信号至控制器，控制器控制移动部带动遮挡屏蔽件移动，使遮挡屏蔽件能够遮挡基片进行磁控溅射的一面，使不符合要求的氧化钒粒子能够轰击并附着在阻挡遮蔽件上；当磁控溅射组件上输入的电压等于设定电压时，此时生成的氧化钒粒子符合生产要求，电压传感器发送电信号至控制器，控制器控制移动部带动遮挡屏蔽件移动，使遮挡屏蔽件能够取消对基片进行磁控溅射的一面的遮挡，使符合要求的氧化钒粒子能够轰击并附着在基片上，便于使基片得到的氧化钒薄膜的成分更单一，有助于提高氧化钒薄膜的质量。
9.进一步，密封腔体内设置用于收纳遮挡屏蔽件的存储腔，移动部设置于存储腔内。
10.采用上述技术方案，通过设置储存腔，能够在遮挡屏蔽件不工作时将其收纳，防止遮挡屏蔽件在不工作时，因为一些外部原因，如撞击等，发生错误移动，重新遮挡基片，对基片的加工造成不利影响。
11.进一步，磁控溅射组件包括磁控溅射阴极和与磁控溅射阴极连接的靶材。
12.采用上述技术方案，采用常规的磁控溅射设备结构，无需定制磁控溅射组件，便于减小本磁控溅射设备的生产成本，有利于此设备的大规模生产。
13.进一步，移动部包括气缸和与气缸固定连接的连杆，连杆与遮挡屏蔽件固定连接，气缸与电压传感器电性连接。
14.采用上述技术方案，采用气缸带动遮挡屏蔽件移动，能够保证遮挡屏蔽件的移动进程保持一致，防止遮挡屏蔽件因为移动距离不足或过多，对本设备的正常运行产生影响。
15.一种应用于如权利要求1的一种全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射设备的磁控溅射方法，包括：设备启动后，随时间调整施加在磁控溅射组件上的施加电压；电压传感器检测磁控溅射组件的溅射电压，当溅射电压与设定电压一致时，电压传感器发送电信号至控制器，由控制器控制移动部带动遮挡屏蔽件移动，遮挡射向基片的靶材物质；此后随设备运转，当溅射电压与设定电压一致时，电压传感器发送电信号至控制器，由控制器控制移动部带动遮挡屏蔽件移动，取消遮挡射向基片的靶材物质。
16.采用上述技术方案，根据溅射电压和设定电压的关系，控制遮挡屏蔽件遮挡不符合生产需要的氧化钒粒子，此方法便于实施，能够防止刚设备启动时不符合生产需要的氧化钒粒子附着在基片上，有助于使氧化钒薄膜的成分更加单一，便于提高产品的质量及合格率。
17.进一步，溅射电压的大小与氧气流量的大小呈正相关。
18.采用上述技术方案，便于控制溅射电压的大小，同时便于确定最适合磁控溅射工序的溅射电压。
19.进一步，取消遮挡射向基片的靶材物质前控制器需延时7-12秒采用上述技术方案，溅射电压达到设定电压后一段时间内可能会发生浮动变化，因此控制器在接收到溅射电压与设定电压一致后，延迟一段时间，才控制移动部带动遮挡屏蔽件移动，有助于提高此方法实施的稳定性。
20.综上所述，本发明具有以下有益效果：1. 由此设备生产的产品的氧化钒薄膜的成分更单一，能够提高产品的质量；2.设备结构简单，运行稳定；3.此方法下制造的产品的良品率更高，氧化钒薄膜的成分更单一。
附图说明
21.图1为一种全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射设备遮挡屏蔽件伸长时的示意图；图2为一种全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射设备遮挡屏蔽件收缩时的示意图；图3为溅射电压和氧气流量的变化关系的曲线图；图4为产品1和产品2的方块电阻方差表。
22.图中：1、密封腔体；3、载片台；4、磁控溅射组件；41、磁控溅射阴极；42、靶材；5、移动部；51、气缸；52、连杆；6、遮挡屏蔽件；7、存储腔；8、电压传感器；9、控制器。
具体实施方式
23.下面结合附图及实施例，对本发明进行详细描述。
24.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
25.参见图1，一种全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射设备，包括设置在地面用于产生真空环境的密封腔体1，密封腔体1设置能够输入氧气的氧气流道。密封腔体1内的底部固定连接载片台3，载片台3上能够防止待加工的基片。载片台3安装于密封腔体1的底部，载片台3上放置需要进行加工的基片。磁控溅射组件4设置在密封腔体1的顶部，与载片台3的承载面相对设置，能够将靶材42的粒子通过电磁溅射法沉积到基片表面。遮挡屏蔽件6安装在密封腔体1的外壳上，设置于载片台3和磁控溅射组件4之间，用于移动遮挡射向基片的靶材42的粒子。移动部5安装在密封腔体1上，且与遮挡屏蔽固定连接，用于控制遮挡屏蔽件6移动。控制器9，设置在密封腔体1的外壳上，与移动部5电性连接，能够控制移动部5的移动及移动方向。电压传感器8设置在密封腔体1外壳的顶部，与控制器9电性连接，用于检测磁控溅射组件4设置的溅射电压。
26.具体的，参见图1、图2，移动部5包括气缸51和与气缸51固定连接的连杆52，连杆52与遮挡屏蔽件6固定连接，气缸51与电压传感器8电性连接。密封腔体1内部的右侧设置用于收纳遮挡屏蔽件6的存储腔7，存储腔7呈立方体，气缸51安装在存储腔7内。
27.参见图1、图2，磁控溅射组件4包括设置于密封腔体1顶部的磁控溅射阴极41，磁控溅射阴极41采用钛金属制成的金属电极，磁控溅射阴极41的下方固定连接靶材42，靶材42选用高纯度钒金属块，磁控溅射电极与电压传感器8电性连接。
28.实施例2
基于实施例2所述的一种全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射设备的一种全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射设备的磁控溅射方法，其具体步骤如下：s01:启动全遮挡屏蔽式氧化钒磁控溅射设备的主电源，对磁控溅射阴极41施加溅射电压，溅射电压随氧气流量变化，具体变化曲线参照图3，上方曲线为溅射电压变化曲线，下方曲线为氧气浓度变化曲线，纵坐标为数值大小，横坐标为运行时间；s02: 电压传感器8检测磁控溅射组件4的溅射电压，当溅射电压与设定电压一致时，电压传感器8发送电信号至控制器9，由控制器9控制气缸51带动遮挡屏蔽件6移动，遮挡射向基片的靶材42的粒子；s03：当溅射电压与设定电压一致时，电压传感器8发送电信号至控制器9，控制器9延时10s后，控制气缸51带动遮挡屏蔽件6移动，取消遮挡射向基片的靶材42的粒子；s04：设备持续运行至磁控溅射工序完成。
29.实验例1将实施例1所生产的产品1使用方块电阻测试仪，均匀在产品上选取49个测试点，测设49个测试点的方块电阻数值，并计算方差，测试3次，数据记录在图4中。
30.在停止遮挡屏蔽件运行的条件下进行生产，将此条件下生产的产品2使用方块电阻测试仪，均匀在产品上选取49个测试点，测设49个测试点的方块电阻数值，并计算方差，测试3次，数据记录在图4中。
31.参见图4，产品1的三组数据的方差平均值为2.8，产品2的三组数据的方差平均值为5.2，由此可知产品1的电阻平均性更高。
32.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。