[发明专利]薄膜沉积装置及薄膜沉积方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子领域，涉及一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法。

背景技术

物理气相沉积设备常被用于在晶圆上制备薄膜。图1为典型的物理气相沉积设备。如图1所示，物理气相沉积设备包括反应腔室，反应腔室具有腔室壁4。在反应腔室的顶部设有靶材1，在靶材1的上方设有磁控管2。在反应腔室1内的底部且与靶材1相对的位置处设有晶圆支撑装置6，晶圆支撑装置6处于悬浮状态（不接地）。晶圆5设置在晶圆支撑装置6的上表面。在反应腔室1的外部还设有直流电源3，直流电源3的负极与靶材1连接，直流电源3的另一端与腔室壁4连接并接地。

在物理溅射工艺过程中，在反应腔室内通入氩气并通过施加功率将氩气电离成等离子，等离子中的正离子轰击靶材1，使靶材1的原子和离子溢出，并在晶圆5的表面沉积而获得所需要的薄膜。在正离子轰击靶材1的过程中，靶材1表面会溢出二次电子，结合电离体中的自由电子，可以使氩气持续离化，并在晶圆5的表面聚集而形成负偏压。该负偏压会吸引从靶材产生的金属正离子，增加晶圆5的孔洞沟槽的覆盖率，同时该负偏压将吸引氩离子轰击晶圆5的表面而导致再溅射，如果晶圆5的表面或者界面对晶面的取向及外延生长很敏感，就会导致晶圆5表面损伤。物理溅射工艺通常分成两步，第一步是高压启辉，通常在靶材上施加1000V左右的电压以得到稳定的等离子体，第二步是正常溅射，此时靶材上施加几百伏的直流电压。在高压启辉时，由于反应腔室内的自由电子及靶材表面溢出的二次电子的浓度较高，增加了氩气的离化率，从而加剧了对晶圆5表面的轰击，使得晶圆5表面的损伤更加明显。

因此如何解决晶圆表面损伤是本领域技术人员面临的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法，其可以减少对晶圆表面的损伤。

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种薄膜沉积装置，包括反应腔室、靶材、晶圆支撑装置以及与所述靶材电连接的功率源，所述功率源设置在所述反应腔室外，所述靶材设置在所述反应腔室内的顶部，所述晶圆支撑装置设置在所述反应腔室内的底部并与所述靶材相对，在所述靶材和所述晶圆支撑装置之间还设有能量控制器，所述能量控制器接地，在所述能量控制器上设有贯穿其厚度的多个通孔，所述通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程。

其中，所述能量控制器与所述靶材之间的距离小于所述能量控制器与所述晶圆支撑装置之间的距离。

其中，多个所述通孔均匀地分布于所述能量控制器上。

其中，所述能量控制器采用导电导热的材料制作。

其中，所述能量控制器采用铝制作。

其中，还包括工艺遮挡筒，所述工艺遮挡筒嵌套在所述反应腔室内，所述能量控制器固定在所述工艺遮挡筒的侧壁上。

本发明还提供一种薄膜沉积装置，包括反应腔室、靶材、晶圆支撑装置以及与所述靶材电连接的功率源，所述功率源设置在所述反应腔室外，所述靶材设置在所述反应腔室内的顶部，所述晶圆支撑装置设置在所述反应腔室内的底部并与所述靶材相对，还包括能量控制器、摆动机构和储存室，所述能量控制器接地，在所述能量控制器上设有贯穿其厚度的多个通孔，所述通孔的内径小于分子碰撞的平均自由程，所述储存室与所述反应腔室连通，所述储存室用于存放所述能量控制器，所述摆动机构用于在所述反应腔室和所述储存室之间移动所述能量控制器。

其中，所述功率源为直流电源，所述靶材与所述直流电源的负极电连接。

其中，所述功率源为：

直流电源，所述靶材与所述直流电源的负极电连接；

射频电源，所述靶材与所述射频电源电连接，而且，在所述射频电源与所述靶材之间设有匹配器，用以使所述射频电源的阻抗与所述反应腔室的阻抗匹配。

其中，所述直流电源与所述靶材之间串接有滤波电路。

其中，所述功率源为射频电源，所述射频电源与所述靶材电连接，用以在所述反应腔室内产生并维持等离子体。

其中，所述靶材采用金属或金属氧化物制作。

其中，所述薄膜沉积装置为ITO薄膜沉积装置。

其中，所述晶圆支撑装置包括托盘。

其中，所述靶材与所述晶圆支撑装置之间的距离小于10厘米。

其中，所述晶圆支撑装置处于悬浮状态。

其中，所述通孔的直径小于或等于10毫米。

本发明还提供一种薄膜沉积方法，包括步骤：

A对所述反应腔室抽真空并达到本底真空度；

B将晶圆放置在反应腔室的晶圆支撑装置上；