溅射沉积设备及溅射沉积方法技术

本发明专利技术提供一种溅射沉积设备和方法。设备包括腔体、复数个靶枪、惰性气体供应系统及第二气体供应系统；靶枪位于腔体内，各靶枪上均设置有靶材，复数个靶材绕一垂线对称设置以使得复数个靶材的辉区至少部分重叠以形成重叠沉积区；腔体内设置有载台，衬底上具有待沉积区，待沉积区位于重叠沉积区；第二气体供应系统包括第二气体管路，以向衬底表面供应第二气体；惰性气体供应系统包括惰性气体喷淋头，惰性气体喷淋头位于腔体内，用于朝复数个靶材的包含重叠沉积区在内的辉区供应惰性气体，以将靶材溅射出的粒子带到衬底表面。本发明专利技术有助于提高多靶共溅射制备的薄膜的均匀性，有助于延长靶材寿命和提高工艺良率。长靶材寿命和提高工艺良率。长靶材寿命和提高工艺良率。

【技术实现步骤摘要】
溅射沉积设备及溅射沉积方法


[0001]本专利技术属于气相沉积
，特别是涉及一种溅射沉积设备及溅射沉积方法。

技术介绍

[0002]物理气相沉积方法，尤其是溅射沉积方法是制备多元系材料的常用方法。随着半导体技术的飞速发展，多元系材料(包含两种或两种以上化学组分的材料)的应用越来越广泛，对多元系材料的制备效率提出了越来越高的要求。一个二元系材料A
x
B1‑
x
(其中x为元素A的成分比例)，如果选择x从0到1的10种成分组合，则可以基本获得材料A
x
B1‑
x
的性能。如果是一个三元系的材料A
x
B
y
C1‑
x
‑
y
，要想比较全面地研究，需要x，y各自独立的选取0到1的10个值，这就产生10
×
10＝100种组合，才能比较全面地获得A
x
B
y
C1‑
x
‑
y
(A、B、C及D为材料中的元素名称)的性能。同样的推理，一个四元系材料A
x
B
y
C
z
D1‑
x
‑
y
‑
z
，需要1000种组合的研究才能比较全面的获得材料的性能。100和1000个材料成分组合的制备和测试实验需要花费大量的时间和成本。因此，采用高通量实验设备是必要的。高通量薄膜沉积设备用于制造多元素材料薄膜，可以在短时间内实现大量的元素成分组合，进而可以对多元素材料体系做更全面的研究，并可以根据应用的需求选出最优成分组合。
[0003]现有的溅射沉积设备由于各种原因(比如因磁场、气流、温度等参数的分布不均)，容易导致沉积出的薄膜不均匀，这在多元系材料薄膜沉积过程中尤为突出。沉积薄膜的不均匀将导致晶圆不同位置上的器件结构存在差异，影响器件性能的一致性，最终造成严重的良率问题。
[0004]为提高薄膜沉积均匀性，现有的溅射设备通常在腔室内外设置多种辅助的磁场装置以引导粒子的移动路径，或通过设置复杂的导热装置以提高晶圆受热均匀性，但这些方式导致设备结构过于复杂，使用非常不便，尤其是在用于多元系材料薄膜的研究时，导致效率低下(多元系材料的研究过程中需要对不同材料的不同配比进行实验以根据应用的需求寻找最优的成分组合，需要频繁进行调整)，亟需提出一种新的溅射沉积设备以满足需求。

技术实现思路

[0005]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溅射沉积设备及溅射沉积方法，用于解决现有技术中的溅射沉积设备用于提高薄膜沉积均匀性的方式过于复杂，使用非常不便，难以满足多元系材料薄膜的研究等问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种溅射沉积设备，包括腔体、复数个靶枪、惰性气体供应系统及第二气体供应系统；所述靶枪位于所述腔体内，各所述靶枪上均设置有靶材，所述靶材用于提供溅射粒子，复数个靶材绕一垂线对称设置以使得复数个靶材的辉区至少部分重叠以形成重叠沉积区；所述腔体内设置有载台，用于承载待处理的衬底，所述衬底上具有待沉积区，所述待沉积区位于所述重叠沉积区；第二气体供应系统包括第二气体管路，所述第二气体管路一端与第二气体源相连通，另一端自所述腔体外延伸到所述腔体内，以向衬底表面供应第二气体，第二气体包括反应气体和/或保护气体；所述
惰性气体供应系统包括惰性气体喷淋头，所述惰性气体喷淋头位于所述腔体内，一端与惰性气体源相连通，另一端延伸到所述衬底的待沉积区的一侧，且所述惰性气体喷淋头的中心点与所述衬底的待沉积区的中心点均位于所述垂线上，所述惰性气体喷淋头用于朝复数个靶材的包含所述重叠沉积区在内的辉区供应惰性气体，以将所述靶材溅射出的粒子带到所述衬底表面以沉积形成共溅射薄膜。
[0007]可选地，复数个靶材的靶面均与水平面成一夹角，所述夹角为0度
‑
180度。
[0008]在一可选方案中，所述衬底位于所述靶材的下方且所述惰性气体喷淋头位于所述靶材的上方。
[0009]更可选地，所述溅射沉积设备还包括导流板，位于所述惰性气体喷淋头的下方，所述导流板为漏斗状，所述导流板的底部开口正对所述重叠沉积区。
[0010]可选地，所述惰性气体喷淋头与所述靶材在纵向上的间距小于等于30cm。
[0011]在另一可选方案中，所述衬底位于所述靶材的上方，所述惰性气体喷淋头位于所述靶材的下方。
[0012]可选地，所述溅射沉积设备还包括旋转装置，与所述载台和/或所述靶枪相连接，用于驱动所述载台和/或所述靶枪旋转。
[0013]可选地，所述腔体的横截面为矩形状，所述溅射沉积设备还包括挡板，位于所述载台和所述靶材之间，所述挡板具有开口，所述开口和所述重叠沉积区在同一平面上的正投影重合。
[0014]可选地，所述第二气体管路延伸到所述挡板和所述载台之间，且所述第二气体管路的出气口位于所述挡板的开口下方。
[0015]可选地，所述腔体包括垂直部和水平部，所述垂直部位于所述水平部的上方，且与所述水平部相连接，所述垂直部的水平表面积小于所述水平部的水平表面积，所述惰性气体喷淋头和所述靶材位于所述垂直部内，所述第二气体管路延伸到所述水平部，所述载台位于所述水平部，且所述衬底的待沉积区位于所述垂直部正下方的所述水平部内。
[0016]本专利技术还提供一种溅射沉积方法，其特征在于，所述溅射沉积方法基于上述任一方案中所述的溅射沉积设备进行，所述溅射沉积方法在沉积过程中，将衬底的待沉积区置于复数个靶材的辉区的重叠沉积区，惰性气体喷淋头喷出的惰性气体自垂直方向穿过复数个靶材的重叠沉积区，以促使包括复数个靶材的包含所述重叠沉积区在内的辉区的粒子的混合，最后将粒子传送到衬底上以沉积形成共溅射薄膜。
[0017]如上所述，本专利技术的溅射沉积设备及溅射沉积方法，具有以下有益效果：本专利技术经改善的结构设计，可以使溅射过程中各个靶材的辉区有重叠，主动促使溅射出来的颗粒进行混合，并且通过惰性气体气流沿垂直于衬底方向的带动，进一步促使靶材中溅射出来的各种元素粒子的混合，从而提高多靶共溅射制备的薄膜的均匀性，包括成分、厚度、晶体结构等特征的均匀性；而且气流带动粒子向下或向上运动也同时避免了溅射出来的粒子对靶材的污染，有助于延长靶材寿命和提高工艺良率。
附图说明
[0018]图1显示为本专利技术实施例1中提供的溅射沉积设备的例示性截面结构示意图。
[0019]图2及3显示为本专利技术实施例1中提供的溅射沉积设备的工作原理图。
[0020]图4显示为本专利技术实施例2中提供的溅射沉积设备的例示性截面结构示意图。
[0021]元件标号说明
[0022]22
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衬底
[0023]23
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重叠沉积区
[0024]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溅射沉积设备，其特征在于，包括腔体、复数个靶枪、惰性气体供应系统及第二气体供应系统；所述复数个靶枪延伸至所述腔体内，各所述靶枪上均设置有靶材，所述靶材用于提供溅射粒子，复数个靶材绕一垂线对称设置以使得复数个靶材的辉区至少部分重叠以形成重叠沉积区；所述腔体内设置有载台，用于承载待处理的衬底，所述衬底上具有待沉积区，所述待沉积区位于所述重叠沉积区；第二气体供应系统包括第二气体管路，所述第二气体管路一端与第二气体源相连通，另一端自所述腔体外延伸到所述腔体内，以向衬底表面供应第二气体，第二气体包括反应气体和/或保护气体；所述惰性气体供应系统包括惰性气体喷淋头；所述惰性气体喷淋头位于所述腔体内，一端与惰性气体源相连通，另一端延伸到所述衬底的待沉积区的一侧，且所述惰性气体喷淋头的中心点与所述衬底的待沉积区的中心点均位于所述垂线上，所述惰性气体喷淋头用于朝复数个靶材的包含所述重叠沉积区在内的辉区供应惰性气体，以将所述靶材溅射出的粒子带到所述衬底表面以沉积形成共溅射薄膜。2.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其特征在于，复数个靶材的靶面均与水平面成一夹角，所述夹角为0度
‑
180度。3.根据权利要求1所述的溅射沉积设备，其特征在于，所述衬底位于所述靶材的下方且所述惰性气体喷淋头位于所述靶材的上方，或所述衬底位于所述靶材的上方且所述惰性气体喷淋头位于所述靶材的下方。4.根据权利要求3所述的溅射沉积设备，其特征在于，当所述衬底位于所述靶材的下方且所述惰性气体喷淋头位于所述靶材的上方时，所述溅射沉积设备还包括导流板，位于所述惰性气体喷淋头的下方，所述导流板为漏斗状，所述导流板的底部开口正对所述重...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫民，吴挺俊，陈玲丽，朱宇波，朱雷，俞文杰，
申请(专利权)人：上海集成电路材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：