一种离子辅助的多靶磁控溅射设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种离子辅助的多靶磁控溅射设备，包括上载腔体、输运腔体和工艺腔体，输运腔体内设置有机械手，所述工艺腔体内设置有晶圆台、至少一个离子源装置和至少两个磁控管装置，所述晶圆台位于下方，离子源装置和磁控管装置位于上方，且离子源装置与磁控管装置围绕晶圆台的中心均分布，所述离子源装置与磁控管均朝向晶圆台并与晶圆台呈角度倾斜布置，本实用新型专利技术能够在一个工艺腔体内装置多个靶材的离子辅助PVD溅射系统，无需多个工艺腔室，且无需多次的装夹，效率高。效率高。效率高。

An ion assisted multi-target magnetron sputtering device

【技术实现步骤摘要】
一种离子辅助的多靶磁控溅射设备


[0001]本技术属于磁控溅射设备
，更具体的说涉及一种离子辅助的多靶磁控溅射设备。

技术介绍

[0002]磁控溅射技术及设备是微纳加工的基础技术和设备，是现代微电子行业制造的核心和基础，它类似于传统工业的钢铁等材料制备行业，为半导体、微电子器件行业提供丰富、全面的各种器件构建、辅助材料。磁控溅射技术成熟，制备的薄膜性能优越，可以制造几乎各种金属、半导体、绝缘体薄膜材料，是半导体、MEMS、太阳能、显示器、LED等及各种现代微电子器件的核心技术；其设备成本较低、应用广泛，是现代半导体、微电子器件等制备超净间必备之设备。
[0003]磁控溅射设备通常至少包括一个工艺腔体，如图1所示，其中有基片台、靶材等：
[0004]1.该腔体连接至真空泵等真空形成装置，其运行之后，将该腔体抽至真空。
[0005]2.同时，腔体有至少一个入气口，用于引入工艺气体，通常是氩气。
[0006]3.基片台用于承载基片，可依据具体需要，对该基片台加热、冷却、施加偏置磁场、电场；该基片台也可以静止、旋转、倾斜等等。
[0007]4.靶材通常连接至外部电源，电源可以是直流(DC)、射频(RF)、交流(AC)、脉冲直流(PulsedDC)、大功率脉冲磁控溅射电源(HIPIMS)或其他能量产生部件。
[0008]5.通常，在真空腔体之外，靶材背板背面且平行于靶材之处，还置有磁控管，磁控管一般由永磁材料和软铁组成，可以在靶材表明形成磁场，控制靶材表面正负离子、电子的运动，且将其束缚于靶材表面一定区域，提高其碰撞几率，使得工艺气体离化率增加，进而提高轰击靶材表面的离子密度，最终提高薄膜沉积速率。
[0009]磁控溅射沉积的薄膜，基片温度、工艺气体压力、靶材功率、靶材至基片间距、角度、磁控管等对其组织结构有较大影响。通常，室温下磁控溅射沉积薄膜过程中，由于粒子能量较高，沉积的薄膜材料，多数处于一种非平衡结构状态。因此，获得的薄膜组织结构，大多或者处于非晶、微晶状态，如磁控溅射所得氧化物、氮化物、半导体薄膜材料等；或者形成富含缺陷、杂质、孔洞等缺陷的、有较大内应力的柱状晶结构，如Cu、Ti、Ta、Cr、NiFe等金属；其薄膜材料的密度一般也略小于理论值，表面粗糙度也较大。
[0010]因此需要PVD溅射设备能够改善沉积薄膜的密度、晶体结构、应力等组织性能。
[0011]同时，在实际应用中，通常不单是制备单层薄膜，而是需要制作多层膜结构，例如，磁性隧道结构(TMR)、巨磁电阻结构、PZT压电陶瓷结构、光学增透膜、反光膜等等。单个的腔体，只有一种靶材，只能溅射沉积一种材料；也有簇团结构的PVD溅射系统，即通过输运腔体组合多个的PVD溅射腔体，形成一个组合的真空溅射系统，但是，这样的系统因为需要多套的真空形成设备，成本过高，同时，又由于晶圆的传输也需要时间，使机器的产能降低。
[0012]因此需要PVD溅射设备能够在一个腔体中装置多个靶材，以更有利于多层膜的溅射，并提高生产产能，降低设备制造成本。
[0013]同时，在实际应用中，通常要求沉积的薄膜对于已经存在于晶圆之上的3D结构达到一定的覆盖率(ConformalCoating)，即沉积于3D结构的边、角上的薄膜厚度与沉积于平面之上的薄膜厚度达到一定比例，且薄膜的组织结构、性能一致。图1所示的PVD溅射模式为面对面沉积，即靶材表面平行于晶圆表面，这样的沉积方式，覆盖率较低。
[0014]因此，亟需一种能够控制、改善沉积薄膜的组织结构性能，能形成覆盖沉积，且能在一个腔体中装置多个靶材的PVD溅射系统。

技术实现思路

[0015]针对现有技术的不足，本技术提供了一种能够在一个工艺腔体内装置多个靶材的离子辅助PVD溅射系统，无需多个工艺腔室，且无需多次的装夹，效率高。
[0016]为实现上述目的，本技术提供了如下技术方案：一种离子辅助的多靶磁控溅射设备，包括上载腔体、输运腔体和工艺腔体，输运腔体内设置有机械手，所述工艺腔体内设置有晶圆台、至少一个离子源装置和至少两个磁控管装置，所述晶圆台位于下方，离子源装置和磁控管装置位于上方，且离子源装置与磁控管装置围绕晶圆台的中心均分布，所述离子源装置与磁控管均朝向晶圆台并与晶圆台呈角度倾斜布置。
[0017]进一步的所述工艺腔体的顶部为穹形，所有磁控管和离子源装置围绕穹形的顶部中心均匀分布。
[0018]进一步的所述工艺腔体内还设置有挡板窗，所述挡板窗位于离子源装置和磁控管的下方，且挡板窗对应离子源装置和每个磁控管的下方均设置有可独立开启的快门。
[0019]进一步的所述工艺腔体内还设置有挡板窗，所述挡板窗上设置有一个开口，所述挡板窗与工艺腔体转动连接，挡板窗的转动轴线与穹形的顶部中心重叠。
[0020]进一步的所述磁控管装置包括靶材背板、磁控管背板和保护盖子，所述靶材背板的前侧设置有靶材，磁控管背板位于靶材背板的后侧，且磁控管背板的前侧设置有磁控管，所述磁控管背板连接有驱动其转动的第一马达，所述靶材背板连接有电源，所述保护盖子盖在靶材背板上，使磁控管背板及磁控管罩在内部。
[0021]进一步的所述靶材背板内设置有冷却水路。
[0022]进一步的所述离子源装置包括底座和密封金属盒，所述密封金属盒内设置有石英管，石英管与底座形成真空腔体，所述石英管外设置有线圈，所述石英管连接天线。
[0023]进一步的所述底座与石英管的连接面设置为金属栅网。
[0024]进一步的所述晶圆台包括自上而下依次布置的晶圆托架、加热器、支架托、腔体真空法兰、附加支架和伸缩管，所述伸缩管连接有第二马达，所述附加支架连接有第三马达。
[0025]与现有技术相比，本技术的有益效果是：采用离子辅助的多靶材腔体，安装多个靶材在一个腔体中，可以一次完成多层膜的溅射，如TMR,GMR、AR、HR、PZT结构等薄膜的溅射，提高产能，同时，也可以安装多个同样的靶材，如PZT，提高沉积速率和生产效率；又由于采用倾斜溅射，可以减小靶材尺寸，节省贵金属如Pt靶材的费用；另一方面，可以增加3D结构的覆盖率(ConformalCoating)；同时，离子源也可以产生高密度的、相对低能量的离子轰击基片方向，其离子轰击动能可以部分转化为沉积于基片表面的粒子的动能，从而提高基片上粒子的流动性，改善薄膜性能。
附图说明
[0026]图1为现有技术中磁控溅射设备的示意图；
[0027]图2为本技术的俯视示意图；
[0028]图3为本技术中工艺腔体的示意图；
[0029]图4为本技术中磁控管装置的示意图；
[0030]图5为本技术中离子源装置的示意图；
[0031]图6为本技术中挡板窗具有多个快门时的示意图；
[0032]图7为本技术中挡板窗具有一个开口时的示意图；
[0033]图8为本技术中晶圆台的示意图。
[0034]附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子辅助的多靶磁控溅射设备，包括上载腔体、输运腔体和工艺腔体，输运腔体内设置有机械手，其特征在于：所述工艺腔体内设置有晶圆台、至少一个离子源装置和至少两个磁控管装置，所述晶圆台位于下方，离子源装置和磁控管装置位于上方，且离子源装置与磁控管装置围绕晶圆台的中心均分布，所述离子源装置与磁控管均朝向晶圆台并与晶圆台呈角度倾斜布置。2.根据权利要求1所述的离子辅助的多靶磁控溅射设备，其特征在于：所述工艺腔体的顶部为穹形，所有磁控管和离子源装置围绕穹形的顶部中心均匀分布。3.根据权利要求2所述的离子辅助的多靶磁控溅射设备，其特征在于：所述工艺腔体内还设置有挡板窗，所述挡板窗位于离子源装置和磁控管的下方，且挡板窗对应离子源装置和每个磁控管的下方均设置有可独立开启的快门。4.根据权利要求2所述的离子辅助的多靶磁控溅射设备，其特征在于：所述工艺腔体内还设置有挡板窗，所述挡板窗上设置有一个开口，所述挡板窗与工艺腔体转动连接，挡板窗的转动轴线与穹形的顶部中心重叠。5.根据权利要求3或4所述的离子辅助的多靶磁...

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