均匀薄膜沉积的方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种均匀薄膜沉积的设备，包括沉积腔体，沉积腔体内设置有溅射靶材、靶支架和基片台，基片台上设置有晶圆放置区，还包括连接至沉积腔体内的工艺气体分配系统，工艺气体分配系统包括多个工艺气体引导通道，多个工艺气体引导通道伸入沉积腔体内的一端位于晶圆放置区的外侧周围，能够将工艺气体导入沉积腔体内，所述每个工艺气体引导通道均独立连接有质量流量控制器，本发明专利技术具有多位置独立引进工艺工艺气体，通过调整不同位置的工艺气体流量，从而克服沉积腔体内真空设计不对称的问题，进而形成均匀的气流分布，并提高薄膜沉积的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
均匀薄膜沉积的方法和设备
本专利技术涉及磁控溅射沉积薄膜，特别的，本专利技术涉及一种多位置独立引进工艺工艺气体的方法和设备，通过及时、原位调整不同位置的工艺气体流量，形成腔体内均匀的气流分布，并提高薄膜沉积的均匀性。
技术介绍
磁控溅射是物理气相沉积的一种。它是利用等离子轰击靶材，使靶材粒子脱落，沉积于基片表面形成薄膜的技术。通常，将磁控管置于靶材之后，其产生的磁场可以控制电子、离子在靶材表面的运动区域，从而提高工艺工艺气体如Ar气的在此区域的离化率，提高靶材表面等离子体浓度，进而提高薄膜沉积速率。磁控溅射技术广泛应用于半导体及微电子器件制造领域，为最常用的薄膜沉积方法。图1为典型的磁控溅射设备的示意图。该设备主要包括工艺腔体，其中有基片台、基片台上载有基片、工艺工艺气体入口、靶材等。工艺腔体连接真空泵，由真空泵抽至真空；靶材连接至外部电源，电源使靶材表面产生负电场，使工艺工艺气体离子化，并使之在电场作用下，撞击靶材，使靶材粒子溅出。为了达到沉积薄膜的均匀性，需要工艺工艺气体在腔体内极其均匀的分布。通常，在腔体的一个位置引入工艺工艺气体，可以在腔体的底部、侧面、或者在顶部；也有在环绕靶材周围设计均匀多孔工艺气体分布装置，类似喷淋头装置。这些设计，虽然可以满足比较高的薄膜沉积均匀性的要求，但是当腔体结构越来越复杂，晶圆的尺寸越来越大，如从200mm增大至300mm时，上述的薄膜沉积厚度的均匀度要求已变得更具挑战性。这是由于：腔体真空系统设计、制造、安装很难做到相对于晶圆的严格的对称性，导致工艺工艺气体压力在腔体内存在梯度分布。例如，图1中，由于真空泵在腔体右侧，而入气口在腔体左侧，则晶圆上靠近真空泵的A点工艺工艺气体的压力，则会小于晶圆上靠近工艺气体入口的B点的压力。这就会影响薄膜沉积的均匀性。虽然，可以通过采用类似喷淋头的工艺气体引入装置，或者优化的磁控管来提高工艺气体分布的均匀性，从而提高沉积薄膜的均匀性。但是，仅仅依靠他们，仍然有一定的局限性；同时优化喷淋头、磁控管需要很多的实验，周期相当长，成本也相当高，并不利于工艺的及时调整、改进。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种多位置独立引进工艺工艺气体，通过调整不同位置的工艺气体流量，从而克服沉积腔体内真空设计不对称的问题，进而形成均匀的气流分布，并提高薄膜沉积的均匀性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种均匀薄膜沉积的设备，包括沉积腔体，沉积腔体内设置有溅射靶材、靶支架和基片台，基片台上设置有晶圆放置区，还包括连接至沉积腔体内的工艺气体分配系统，工艺气体分配系统包括多个工艺气体引导通道，多个工艺气体引导通道伸入沉积腔体内的一端位于晶圆放置区的外侧周围，能够将工艺气体导入沉积腔体内，所述每个工艺气体引导通道均独立连接有质量流量控制器。进一步的工艺气体引导通道的纵向方向平行于基片台的径向方向。进一步的工艺气体引导通道的纵向方向垂直于基片台的径向方向，与基片台的表面垂直。进一步的所述工艺气体引导通道设置有四个。进一步的四个工艺气体引导通道至晶圆放置区的中心距离相同。进一步的四个工艺气体引导通道沿圆周均匀分布。进一步的所有工艺气体引导通道连接至同一气源。一种均匀薄膜沉积的方法，包括如下步骤：S1：将晶圆放置在基片台的晶圆放置区上固定；S2：利用真空泵将沉积腔体内抽至真空；S3：根据需要选择开启使用相对应数量和位置的工艺气体引导通道，输入工艺气体至沉积腔体内；S4：开启连接溅射靶材的电源及其他控制部件，在沉积腔体内产生等离子体，轰击靶材，使靶材粒子溅出，沉积于晶圆表面，形成薄膜；S5：将晶圆运输至沉积腔体外；S6：测量晶圆表面沉积的厚度及均匀性，若结果达到目标值，则结束调试，并记录相应的控制参数；若结果未达到目标值，则根据测量结果调整不同工艺气体引导通道上的质量流量控制器以调整工艺气体流量，直至达到目标值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过调整不同位置的工艺气体流量，从而克服沉积腔体真空设计不对称的问题，进而形成均匀的气流分布，并提高薄膜沉积的均匀性；同时，又可以在工艺运行过程中，及时、原位调整不同位置的工艺气体流量，大大提高工艺调试的灵活性和效率，提高产能。附图说明图1为现有技术中沉积腔室的单侧进气方式示意图；图2为现有技术中沉积腔室的双侧进气方式示意图；图3为本专利技术均匀薄膜沉积的设备实施例一的立体图；图4为本专利技术均匀薄膜沉积的设备实施例一中各工艺气体引导通道分布的俯视图；图5为本专利技术均匀薄膜沉积的设备实施例二的立体图；图6为本专利技术均匀薄膜沉积的设备实施例二中各工艺气体引导通道分布的俯视图；图7是实验一获得的晶圆表面沉积厚度分布图；图8是实验二获得的晶圆表面沉积厚度分布图；图9是实验三获得的晶圆表面沉积厚度分布图；图10是实验四获得的晶圆表面沉积厚度分布图。附图标记：1、基片台；11、晶圆放置区；21、第一工艺气体引导通道；22、第二工艺气体引导通道；23、第三工艺气体引导通道；24、第四工艺气体引导通道。具体实施方式参照图1至图10对本专利技术均匀薄膜沉积的方法和设备的实施例做进一步说明。在本专利技术的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本专利技术的具体保护范围。此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本专利技术描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。一种均匀薄膜沉积的设备，包括沉积腔体，沉积腔体内设置有溅射靶材、靶支架和基片台1，基片台1上设置有晶圆放置区11，还包括连接至沉积腔体内的工艺气体分配系统，工艺气体分配系统包括多个工艺气体引导通道，多个工艺气体引导通道伸入沉积腔体内的一端位于晶圆放置区11的外侧周围，能够将工艺气体导入沉积腔体内，所述每个工艺气体引导通道均独立连接有质量流量控制器。其中晶圆也称为基片。在本专利技术中每个工艺气体引导通道可以分别或者共同的连接至同一个或多个气源，工艺气体分配系统还可以包括流量限制装置，如反馈控制阀。如图3和图4所示，其为本专利技术实施例一的示意图，本实施例中中工艺气体引导通道具有四个，工艺气体引导通道的纵向方向平行于基片台1的径向方向，四个工艺气体引导通道在基片台1上形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种均匀薄膜沉积的设备，包括沉积腔体，沉积腔体内设置有溅射靶材、靶支架和基片台，基片台上设置有晶圆放置区，其特征在于：还包括连接至沉积腔体内的工艺气体分配系统，工艺气体分配系统包括多个工艺气体引导通道，多个工艺气体引导通道伸入沉积腔体内的一端位于晶圆放置区的外侧周围，能够将工艺气体导入沉积腔体内，所述每个工艺气体引导通道均独立连接有质量流量控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种均匀薄膜沉积的设备，包括沉积腔体，沉积腔体内设置有溅射靶材、靶支架和基片台，基片台上设置有晶圆放置区，其特征在于：还包括连接至沉积腔体内的工艺气体分配系统，工艺气体分配系统包括多个工艺气体引导通道，多个工艺气体引导通道伸入沉积腔体内的一端位于晶圆放置区的外侧周围，能够将工艺气体导入沉积腔体内，所述每个工艺气体引导通道均独立连接有质量流量控制器。


2.根据权利要求1所述的均匀薄膜沉积的设备，其特征在于：所述工艺气体引导通道的纵向方向平行于基片台的径向方向。


3.根据权利要求1所述的均匀薄膜沉积的设备，其特征在于：所述工艺气体引导通道的纵向方向垂直于基片台的径向方向，与基片台的表面垂直。


4.根据权利要求2或3所述的均匀薄膜沉积的设备，其特征在于：所述工艺气体引导通道设置有四个。


5.根据权利要求4所述的均匀薄膜沉积的设备，其特征在于：所述四个工艺气体引导通道至晶圆放置区的中心距离相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐云俊，王昱翔，周虹玲，周东修，
申请(专利权)人：浙江艾微普科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33