反应腔室及半导体加工设备制造技术

本公开提供了一种反应腔室，包括：基座，用于承载待加工工件；靶材，设置在所述反应腔的上部空间中；以及准直器，设置在所述靶材以下、所述待加工工件以上的空间中，以提高所述待加工工件深孔底部的覆盖率以及深孔侧壁覆盖率的对称性。本公开还提供了一种半导体加工设备。

【技术实现步骤摘要】
反应腔室及半导体加工设备
本公开涉及半导体制造
，尤其涉及一种反应腔室及半导体加工设备。
技术介绍
磁控溅射物理气相沉积是半导体制造领域中广泛采用的方法。现有的磁控溅射物理气相沉积设备如图1所示，具有接地的反应腔室1。基座8位于反应腔室1内，承载待加工工件10。卡环9放置于待加工工件10四周。靶材4密封反应腔室1。支撑组件2和靶材4形成密封腔体，其中充满去离子水3。工艺时，驱动装置6驱动磁控管5扫描靶材4表面，磁控管5会在靶材4的中心区域和边缘区域来回经过。激励源12施加偏压至靶材4，使其相对于反应腔室1为负压，激励工艺气体产生等离子体，并将带正电的等离子体吸引至靶材4。当等离子体的能量足够高时，会使金属原子逸出靶材表面并沉积在待加工工件10上。反应腔室1内设置内衬7，以防止腔壁被污染。为提高待加工工件深孔的薄膜覆盖率，通过射频电源11向基座8施加射频功率。在工艺过程中，由于磁控管5经过靶材中间区域的次数会多于经过靶材中心区域和边缘区域的次数，导致沉积在待加工工件上的薄膜分布不均匀。另一方面，由于靶材逸出的金属原子缺乏良好的方向性，对于待加工工件的深孔尤其是其边缘区域的深孔，只有部分方向的金属原子可以沉积于深孔侧壁，影响了深孔侧壁的覆盖率，并且部分深孔侧壁更难以被金属离子沉积，导致深孔侧壁覆盖率的对称性较差。尤其接近深孔底部的侧壁位置，由于该位置深宽比较高，导致该位置的薄膜沉积效果难以令人满意。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，提供了一种反应腔室，包括：基座，用于承载待加工工件；靶材，设置在所述反应腔的上部空间中；以及准直器，设置在所述靶材以下、所述待加工工件以上的空间中，以提高所述待加工工件深孔底部的覆盖率以及深孔侧壁覆盖率的对称性。在本公开的一些实施例中，所述准直器包括中心区域、中间区域及边缘区域；所述中心区域、所述中间区域、所述边缘区域均包括多个沿所述反应腔侧壁方向延伸的通孔，在所述中心区域中通孔的深宽比为中心深宽比，在所述中间区域中的通孔的深宽比为中间深宽比，在所述边缘区域中的通孔的深宽比为边缘深宽比；其中，所述中间深宽比大于所述中心深宽比和所述边缘深宽比中的至少一者。在本公开的一些实施例中，所述中间深宽比大于所述中心深宽比，所述中间深宽比大于所述边缘深宽比。在本公开的一些实施例中，所述中心深宽比与所述边缘深宽比相同。在本公开的一些实施例中，所述中间深宽比比所述中心深宽比和/或所述边缘深宽比大15％以上。在本公开的一些实施例中，所述中心深宽比与所述边缘深宽比的比值大于2。在本公开的一些实施例中，所述中心区域、所述中间区域、所述边缘区域具有相同的通孔面积，且所述中间区域的通孔深度大于所述中心区域及所述边缘区域的通孔深度。在本公开的一些实施例中，所述中心区域、所述中间区域、所述边缘区域具有相同的通孔深度，且所述中间区域的通孔面积小于所述中心区域及所述边缘区域的通孔面积。在本公开的一些实施例中，所述反应腔室还包括：线圈，环绕耦接在所述准直器与所述基座之间的所述腔侧壁，其中，所述线圈耦合到射频电源。在本公开的一些实施例中，所述反应腔室还包括：上内衬，所述上内衬是所述腔侧壁的一部分，且所述准直器耦接至所述上内衬；及法拉第内衬，所述法拉第内衬也是所述腔侧壁的一部分，位于所述上内衬与所述基座之间，且所述线圈设置在所述法拉第内衬外侧。在本公开的一些实施例中，所述法拉第内衬悬浮设置。在本公开的一些实施例中，所述法拉第内衬上设置有至少一个开缝，所述开缝沿所述法拉第内衬轴向设置。在本公开的一些实施例中，所述开缝宽度小于10mm。在本公开的一些实施例中，所述中心区域和所述边缘区域在反应腔横截面的投影面积之和占所述准直器在反应腔横截面平面投影总面积的60％以上。在本公开的一些实施例中，所述准直器的材料为铝或者不锈钢。根据本公开的另一个方面，提供了一种半导体加工设备，包括上述任一项所述的反应腔室。通过设置准直器，可以提高待加工工件的薄膜沉积均匀性、深孔底部的薄膜覆盖率以及深孔侧壁覆盖率的对称性，并可在薄膜沉积工艺中更加精确地控制薄膜生长。附图说明图1是现有技术的磁控溅射物理气相沉积设备的结构示意图；图2是本公开一实施例的反应腔室的结构示意图；图3是本公开一实施例的准直器在XY面上的投影图；图4是本公开一实施例的准直器的俯视图；图5是本公开一实施例的法拉第内衬的结构示意图；图6是本公开一实施例的第二等离子体轰击深孔底部的原理图。符号说明【现有技术】1-腔室本体；2-支撑组件；3-去离子水；4-靶材；5-磁控管；6-驱动装置；7-内衬；8-基座；9-卡环；10-待加工工件；11-射频电源；12-激励源。【本公开】1-腔室本体；11-侧壁；12-底壁；111-上筒体；112-中间筒体；113-下筒体；131-上内衬；132-法拉第内衬；133-下内衬；1321-开缝；14、15-适配器；16-绝缘柱；2-基座；21-压环；22-射频电源；3-靶材；4-准直器；41-中心区域；42-中间区域；43-边缘区域；44-通孔；5-上电极组件；501-磁控管；502-驱动装置；503-支撑组件；504-等离子体激励源；505-去离子水；6-线圈；7-射频电源；X-待加工工件；101-第二等离子体；102-金属。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。本公开一实施例提供了一种反应腔室，如图2所示，反应腔室包括：腔室本体1、基座2、靶材3和准直器4。基座2设置于反应腔室的下部空间，具体可以是设置在腔室本体1的底部，用于承载待加工工件X，并通过射频电源22施加射频功率。待加工工件X的四周还设置有压环21，用于固定待加工工件X在基座2上的位置。靶材3设置在反应腔室的上部空间中，具体可以是设置在腔室本体1的顶部。准直器4设置在靶材3以下、待加工工件X以上的空间中，采用Al或者不锈钢等金属材料制成。反应腔室上部可以设置有上电极组件5，上电极组件5包括：磁控管501，驱动装置502、支撑组件503和等离子体激励源504。支撑组件503底端固定靶材3，靶材3的下表面暴露在反应腔体的空间中。支撑组件503和靶材3形成适于容纳去离子水505的密封腔室，去离子水505用于对靶材3进行冷却。磁控管501位于该密封腔室中，并连接密封腔室外的驱动装置502。磁控管501在驱动装置502的驱动下扫描靶材3，以在靶材3表面附近产生磁场。在工艺过程中，等离子体激励源504施加偏压至靶材3，使其相对于接地的腔室本体1形成负压，使反应腔室内例如氩气的工艺气体放电而产生氩离子和电子。磁控管501所产生的磁场可以延长电子的运动轨迹，电子运动过程中不断与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子，可增加靶材的离化率。带正电的氩离子被吸引至负偏压的靶材3处。当氩离子的能量足够高时，撞击靶材3，会使金属原子逸出靶材3表面并向下运动沉积在待加工工件X上。结合图2和3所示，本实施例的准直器4设置于腔室本体1内并靠近腔室本体1顶端，并且准直器4的各个区域具有不同的深宽比。准直器4与腔室本体1同轴，以准直器4轴线为中心，从中心至边缘依次分为三个区域：中心区域41、中间区域42及边缘区域43。中心区域41本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反应腔室，包括：基座，用于承载待加工工件；靶材，设置在所述反应腔的上部空间中；以及准直器，设置在所述靶材以下、所述待加工工件以上的空间中，以提高所述待加工工件深孔底部的覆盖率以及深孔侧壁覆盖率的对称性。

【技术特征摘要】
1.一种反应腔室，包括：基座，用于承载待加工工件；靶材，设置在所述反应腔的上部空间中；以及准直器，设置在所述靶材以下、所述待加工工件以上的空间中，以提高所述待加工工件深孔底部的覆盖率以及深孔侧壁覆盖率的对称性。2.根据权利要求1所述的反应腔室，其中，所述准直器包括中心区域、中间区域及边缘区域；所述中心区域、所述中间区域、所述边缘区域均包括多个沿所述反应腔侧壁方向延伸的通孔，在所述中心区域中通孔的深宽比为中心深宽比，在所述中间区域中的通孔的深宽比为中间深宽比，在所述边缘区域中的通孔的深宽比为边缘深宽比；其中，所述中间深宽比大于所述中心深宽比和所述边缘深宽比中的至少一者。3.如权利要求2所述的反应腔室，其中，所述中间深宽比大于所述中心深宽比，所述中间深宽比大于所述边缘深宽比。4.如权利要求3所述的反应腔室，其中，所述中心深宽比与所述边缘深宽比相同。5.如权利要求4所述的反应腔室，其中，所述中间深宽比比所述中心深宽比和/或所述边缘深宽比大15％以上。6.如权利要求3所述的反应腔室，其中，所述中心深宽比与所述边缘深宽比的比值大于2。7.如权利要求3所述的反应腔室，其中，所述中心区域、所述中间区域、所述边缘区域具有相同的通孔面积，且所述中间区域的通孔深度大于所述中心区域及所述边缘区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯珏，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11