改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备制造技术

本发明专利技术提供一种改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，该设备包括腔体、沉积源装置及加热装置；所述沉积源装置位于所述腔体上部，所述加热装置位于所述腔体下部；所述加热装置包括上下叠置的晶圆承载层、加热层及磁场调节层，所述加热层包括多个加热区域，所述多个加热区域用于实现多个不同的加热温度，磁场调节层用于改善沉积薄膜的应力均匀性。本发明专利技术的物理气相沉积设备通过改善的结构设计，通过多个加热区域的分区温度控制，由此可以根据晶圆表面不同区域的工艺需要设定不同的工艺温度，并通过磁场调节层的磁场对沉积薄膜的应力均匀性进行进一步的调节，有助于改善沉积薄膜的方阻均匀性和应力均匀性、提高沉积薄膜的品质，提高生产良率。

Physical vapor deposition equipment for improving film uniformity

【技术实现步骤摘要】
改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备
本专利技术涉及一种半导体制造设备，特别是涉及一种改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备。
技术介绍
物理气相沉积工艺是半导体芯片制造过程中非常重要的一道工序，其是通过蒸发、电离或溅射等过程产生金属等粒子并与反应气体反应以最终在晶圆表面沉积形成薄膜。物理气相沉积工艺中的各项参数，包括气体流量、射频电源功率、工艺温度等，都可能对最终形成的薄膜品质产生重要影响，而这其中，温度的影响尤为突出。温度差异不仅造成不同晶圆表面沉积薄膜的特性呈现差异，而且晶圆片内的温度分布对于物理气相沉积薄膜的方阻均匀性和应力均匀性等薄膜特性也有着非常大的影响，因而确保物理气相沉积过程中的工艺温度完全符合工艺要求、提高薄膜的方阻均匀性和应力均匀性以改善沉积薄膜的品质是半导体人一直努力的方向。但是在芯片制造过程中，由于各种各样的原因，温度的管控往往难以尽如人意，其中一大原因就是现有的物理气相沉积设备中的晶圆加热装置都是单区加热的，即整个加热装置仅能提供一种温度。这种单区加热方式往往会造成加热装置的中心区域比边缘区域的温度更高，相应造成了晶圆的中心区域比边缘区域的温度更高，导致晶圆上沉积的薄膜的方阻和应力的均匀性受到严重影响，导致生产良率的下降。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，用于解决现有技术中因为加热装置为单区加热等原因，导致沉积薄膜的方阻均匀性和应力均匀性不佳，导致生产良率下降等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，所述改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备包括腔体、沉积源装置及加热装置；所述沉积源装置位于所述腔体上部，所述加热装置位于所述腔体下部；所述加热装置包括上下叠置的晶圆承载层、加热层及磁场调节层，所述加热层的厚度为1.5~5mm；所述加热层包括多个加热区域，所述多个加热区域用于实现多个不同的加热温度，所述磁场调节层用于调节所述腔体内部晶圆附近的磁场分布，以改善沉积薄膜的应力均匀性。可选地，所述多个加热区域包括位于所述加热层的中部的圆形加热区域及依次环绕于所述圆形加热区域外围的若干环形加热区域。在另一可选方案中，所述多个加热区域呈轴对称分布。在又一可选方案中，所述多个加热区域呈圆形阵列分布。可选地，所述加热区域内设置有加热元件，不同加热区域的加热元件的密度相同，且不同加热区域的加热元件连接至不同的加热电源。在另一可选方案中，所述加热区域内设置有加热元件，不同加热区域的加热元件的密度不同，且不同加热区域的加热元件连接至同一加热电源。在又一可选方案中，所述多个加热区域连接至同一加热电源，不同加热区域的加热元件的功率不同。在另一可选方案中，所述加热区域内设置有加热元件，所述多个加热区域的加热元件与所述加热装置的上表面具有不同的距离。可选地，每个所述加热区域内都设有一个以上的加热元件，所述加热元件的形状包括丝状、片状、板状、网状、盘状、管状、棒状、筒状、布状、带状中的一种或多种，每个所述加热区域内的加热元件呈轴对称分布。可选地，每个所述加热区域设置有外保护层，所述加热元件位于所述外保护层内。更可选地，所述外保护层与所述加热元件之间填充有导热材料，所述导热材料包括氮化铝和氧化镁中的一种或两种。可选地，相邻的所述加热区域之间设置有隔热用的隔热环或者填有绝热物质。可选地，所述改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备还包括多个温控器，所述多个温控器与所述多个加热区域一一对应设置，用于调节对应加热区域的温度。可选地，所述磁场调节层内分布有多个永磁体，所述多个永磁体的分布包括放射状、条状、环状及螺旋状中的一种。更可选地，所述永磁体使用的永磁材料包括铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、钕铁硼永磁材料和钐钴高温永磁材料中的一种或多种。可选地，所述改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备还包括驱动装置，所述驱动装置与所述磁场调节层相连接，用于驱动所述磁场调节层旋转。可选地，所述磁场调节层的厚度为3~10mm。可选地，所述沉积源装置包括靶材固定盘及磁铁，所述靶材固定盘位于所述腔体的上部，用于承载靶材，所述磁铁位于所述靶材固定盘的上表面。可选地，所述加热装置还包括冷却层，位于所述磁场调节层的下表面，用于所述加热装置的冷却和控温。可选地，所述冷却层包括多个冷却区域，所述多个冷却区域与所述多个加热区域一一对应。更可选地，所冷却层内设置有冷却管路，所述冷却管路内填充有冷却介质，所述冷却介质包括冷却气体和冷却液体中的一种或两种的混合。本专利技术的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备通过改善的结构设计，通过多个加热区域的分区温度控制，由此可以根据晶圆表面不同区域的工艺需要设定不同的工艺温度，并通过磁场调节层的磁场对沉积薄膜的应力均匀性进行进一步的改善，有助于改善沉积薄膜的方阻均匀性和应力均匀性，提高沉积薄膜的品质，有助于提高生产良率。附图说明图1显示为本专利技术的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备的结构示意图。图2至图4显示为本专利技术的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备的加热区域的例示性分布示意图。图5显示为本专利技术的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备的加热元件的例示性连接示意图。图6至图8显示为本专利技术的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备的磁场调节层中的永磁体的例示性分布示意图。图9显示为采用现有技术中的单一加热区的物理气相沉积设备沉积出的氮化铝薄膜的应力分布示意图。图10显示为采用现有技术中的单一加热区的物理气相沉积设备沉积出的氮化铝薄膜的应力曲线图。图11显示为采用本专利技术的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备仅通过分区温度控制沉积出的氮化铝薄膜的应力曲线图。图12显示为采用本专利技术的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备同时通过分区温度控制和磁场强度调节沉积出的氮化铝薄膜的应力曲线图。元件标号说明具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于，包括：腔体、沉积源装置及加热装置；所述沉积源装置位于所述腔体上部，所述加热装置位于所述腔体下部；所述加热装置包括上下叠置的晶圆承载层、加热层及磁场调节层，所述加热层的厚度为1.5~5mm；所述加热层包括多个加热区域，所述多个加热区域用于实现多个不同的加热温度，所述磁场调节层用于调节所述腔体内部晶圆附近的磁场分布，以改善沉积薄膜的应力均匀性。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于，包括：腔体、沉积源装置及加热装置；所述沉积源装置位于所述腔体上部，所述加热装置位于所述腔体下部；所述加热装置包括上下叠置的晶圆承载层、加热层及磁场调节层，所述加热层的厚度为1.5~5mm；所述加热层包括多个加热区域，所述多个加热区域用于实现多个不同的加热温度，所述磁场调节层用于调节所述腔体内部晶圆附近的磁场分布，以改善沉积薄膜的应力均匀性。


2.根据权利要求1所述的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于：所述多个加热区域包括位于所述加热层的中部的圆形加热区域及依次环绕于所述圆形加热区域外围的若干环形加热区域。


3.根据权利要求1所述的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于：所述多个加热区域呈轴对称分布。


4.根据权利要求1所述的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于：所述多个加热区域呈圆形阵列分布。


5.根据权利要求1所述的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于：所述加热区域内设置有加热元件，不同加热区域的加热元件的密度相同，且不同加热区域的加热元件连接至不同的加热电源。


6.根据权利要求1所述的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于：所述加热区域内设置有加热元件，不同加热区域的加热元件的密度不同，且不同加热区域的加热元件连接至同一加热电源。


7.根据权利要求1所述的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于：所述多个加热区域连接至同一加热电源，不同加热区域的加热元件的功率不同。


8.根据权利要求1所述的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于：所述加热区域内设置有加热元件，所述多个加热区域的加热元件与所述加热装置的上表面具有不同的距离。


9.根据权利要求1所述的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于：每个所述加热区域内都设有一个以上的加热元件，所述加热元件的形状包括丝状、片状、板状、网状、盘状、管状、棒状、筒状、布状、带状中的一种或多种，每个所述加热区域内的加热元件呈轴对称分布。


10.根据权利要求9所述的改善薄膜均匀性的物理气相沉积设备，其特征在于：每个所述加热区域设置有外保护层，所述加热元件位于所述外保护层内。


11.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋维聪，周云，睢智峰，
申请(专利权)人：上海陛通半导体能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31