用于反应溅射的物理气相沉积设备制造技术

本发明专利技术提供一种用于反应溅射的物理气相沉积设备，该设备包括腔体、基座、沉积源装置及匀气装置；沉积源装置位于腔体上部；匀气装置位于腔体内且位于沉积源装置的下方；基座位于腔体内，用于承载晶圆；匀气装置包括网状匀气管路，用于向晶圆表面均匀供应反应气体；网状匀气管路位于晶圆的正上方，网状匀气管路包括环形主管路和一个以上直线形或环形进气支路，网状匀气管路上设置有多个出气孔。本发明专利技术的用于反应溅射的物理气相沉积设备使用新型的结构设计，可以提高反应气体在晶圆中心区域的浓度，实现反应气体在晶圆表面的均匀分布，有助于改善沉积薄膜的方阻均匀性，避免晶圆的局部区域方阻偏高，有助于提高沉积薄膜的品质、提高生产良率。

Physical vapor deposition equipment for reactive sputtering

【技术实现步骤摘要】
用于反应溅射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，特别是涉及一种用于反应溅射的物理气相沉积设备。
技术介绍
物理气相沉积（(PhysicalVapourDeposition，简称PVD)）工艺是半导体芯片制造过程中非常重要的一道工序，其通常是通过蒸发、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。现有的用于氧化物、氮化物或碳化物薄膜制备的物理气相沉积设备的溅射腔体都有一套气体分布控制装置，用于控制反应气体的流量和腔体压力，但都很难实现小流量反应气体（如氧气、氮气、氨气、甲烷、乙炔或上述气体的混合气，这些气体在物理气相沉积过程中的流量通常小于10sccm）在晶圆附近的均匀分布。具体地，现有的物理气相沉积设备的腔体上设置有进气口，晶圆放置于基座上，其外围被压环按压以固定（晶圆与压环之间没有间隙），压环与腔体之间具有间隙。而现有的物理气相沉积设备的进气口设置常见的有两种，一种是设置在腔体底部，另一种是设置在腔体中上部。对于前一种设置，当反应气体从腔体底部的进气口进入腔体内时，因为进气口离冷泵的抽气口很近，在反应气体流量很低的情况下，气体大部分被冷泵抽走，所以很难均匀地扩散到晶圆附近，容易出现晶圆边缘的气体分压过高，甚至是一边高一边低的情况。尤其对于一些反应速度极快的反应溅射，从晶圆边缘向晶圆中心扩散的反应气体往往来不及扩散就在晶圆边缘附近被反应消耗掉了，因而沉积出来的导电氧化物、氮化物或碳化物薄膜会出现晶圆边缘区域方阻明显高于中心区域方阻的情形，导致薄膜的方阻均匀性不佳。对于后一种设计，当反应气体从腔体中上部的进气口进入腔体内时，气体会沿着压环和腔体之间的间隙被迅速抽走，造成晶圆中心的气体分压明显低于晶圆边缘的气体分压。因而前述的两种进气口设计都很难实现反应气体在晶圆表面的均匀分布。这极容易导致晶圆表面沉积的薄膜的性能，比如薄膜的方阻均匀性不佳，尤其是在沉积包括氧化钒薄膜、ITO薄膜、CrSiN薄膜等导电氧化物、氮化物或碳化物薄膜时，薄膜的方阻的标准偏差高达15%以上（而工艺上允许的偏差通常在4%以内），导致薄膜性能劣化和生产良率的下降。
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用于反应溅射的物理气相沉积设备，用于解决现有技术中的物理气相沉积设备难以实现反应气体，尤其是流量在10sccm以内的小流量反应气体在晶圆表面的均匀分布，导致沉积薄膜的方阻均匀性不佳，导致薄膜性能劣化和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用于反应溅射的物理气相沉积设备，包括腔体、基座、沉积源装置及匀气装置；所述沉积源装置位于所述腔体上部；所述匀气装置位于所述腔体内且位于所述沉积源装置的下方；所述基座位于所述腔体内，用于承载晶圆；所述匀气装置包括网状匀气管路，用于向所述晶圆表面均匀供应反应气体；所述网状匀气管路位于所述晶圆的正上方，所述网状匀气管路包括环形主管路和位于所述环形主管路内，且与所述环形主管路相连通的一个以上直线形或环形进气支路，所述网状匀气管路上分布有多个出气孔。可选地，所述匀气装置还包括环形压环，所述环形压环覆盖所述晶圆与所述腔体之间的区域，且所述环形压环与所述晶圆的边缘之间具有间隙。可选地，所述用于反应溅射的物理气相沉积设备还包括进气座，所述进气座连接于所述网状匀气管路及反应气体源之间，所述环形主管路与所述进气座相连通。可选地，所述环形主管路的内径为280~320mm。可选地，所述进气座包括两个，两个所述进气座对称分布于所述网状匀气管路的两端。可选地，所述网状匀气管路的管径小于等于5mm，所述出气孔的数量为10~50个，所述出气孔的孔径为0.2~0.8mm。可选地，所述多个出气孔在所述网状匀气管路上等间隔分布，所述多个出气孔的开口朝向所述晶圆。可选地，所述网状匀气管路与所述基座的距离为10~50mm。可选地，所述网状匀气管路与所述沉积源装置的距离大于等于15mm。可选地，所述网状匀气管路的材质包括不锈钢，所述网状匀气管路的表面经过粗糙化处理，所述粗糙化处理包括喷砂和铝融射中的一种或两种。可选地，所述网状匀气管路接地。可选地，所述反应气体源包括氧气、氮气、氨气、甲烷和乙炔中的一种或多种。可选地，所述环形压环与所述晶圆的间距为2~6mm。可选地，所述腔体包括腔壁及挡板，所述挡板位于所述腔壁内侧，所述挡板的一端与所述腔壁相连接，所述挡板的另一端与所述环形压环相接触。更可选地，所述挡板包括上挡板及位于所述上挡板下方的下挡板，所述网状匀气管路位于所述上挡板和所述下挡板之间。可选地，所述沉积源装置包括靶材固定盘及永磁装置，所述靶材固定盘位于所述腔体的上部，用于承载靶材，所述永磁装置位于所述靶材固定盘的上方。可选地，所述匀气装置还包括气体导流板，所述气体导流板位于所述匀气管路和所述环形压环之间，且自所述网状匀气管路延伸至所述基座，用于将所述网状匀气管路供应的反应气体均匀分散到所述晶圆表面。更可选地，所述气体导流板为漏斗状，所述气体导流板的下部开口面积大于等于所述晶圆的表面积。相较于现有技术，本专利技术的用于反应溅射的物理气相沉积设备使用新型的结构设计，通过网状匀气管路上的多个出气孔向腔体内供应反应气体，反应气体自上而下扩散至晶圆表面，而多余的反应气体则通过间隙，比如通过环形压环与晶圆边缘之间的间隙排出，由此可以提高反应气体在晶圆中心区域的浓度，实现反应气体在晶圆表面的均匀分布，有助于改善沉积薄膜的方阻均匀性，避免晶圆的局部区域，尤其是晶圆边缘区域方阻偏高的情况，有助于提高沉积薄膜的品质、提高生产良率。附图说明图1显示为本专利技术实施例一的用于反应溅射的物理气相沉积设备的结构示意图。图2显示为图1中的网状匀气管路的一示例性仰视图。图3显示为图1中的网状匀气管路的另一示例性仰视图。图4显示为图1中的A区域的放大结构示意图。图5显示为本专利技术实施例二的用于反应溅射的物理气相沉积设备的结构示意图。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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于，包括：腔体、基座、沉积源装置及匀气装置；所述沉积源装置位于所述腔体上部；所述匀气装置位于所述腔体内且位于所述沉积源装置的下方；所述基座位于所述腔体内，用于承载晶圆；所述匀气装置包括网状匀气管路，用于向所述晶圆表面均匀供应反应气体；所述网状匀气管路位于所述晶圆的正上方，所述网状匀气管路包括环形主管路和位于所述环形主管路内，且与所述环形主管路相连通的一个以上直线形或环形进气支路，所述网状匀气管路上分布有多个出气孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于，包括：腔体、基座、沉积源装置及匀气装置；所述沉积源装置位于所述腔体上部；所述匀气装置位于所述腔体内且位于所述沉积源装置的下方；所述基座位于所述腔体内，用于承载晶圆；所述匀气装置包括网状匀气管路，用于向所述晶圆表面均匀供应反应气体；所述网状匀气管路位于所述晶圆的正上方，所述网状匀气管路包括环形主管路和位于所述环形主管路内，且与所述环形主管路相连通的一个以上直线形或环形进气支路，所述网状匀气管路上分布有多个出气孔。


2.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述匀气装置还包括环形压环，所述环形压环覆盖所述晶圆与所述腔体之间的区域，且所述环形压环与所述晶圆的边缘之间具有间隙。


3.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述用于反应溅射的物理气相沉积设备还包括进气座，所述进气座连接于所述网状匀气管路及反应气体源之间，所述环形主管路与所述进气座相连通。


4.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述环形主管路的内径为280~320mm。


5.根据权利要求3所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述进气座包括两个，两个所述进气座对称分布于所述网状匀气管路的两端。


6.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述网状匀气管路的管径小于等于5mm，所述出气孔的数量为10~50个，所述出气孔的孔径为0.2~0.8mm。


7.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述多个出气孔在所述网状匀气管路上等间隔分布，所述多个出气孔的开口朝向所述晶圆。


8.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述网状匀气管路与所述基座的距离为10~50mm。


9.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋维聪，周云，解文骏，
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