[发明专利]用于改善反应溅射膜层均匀性的物理气相沉积设备

说明书

本发明提供一种用于改善反应溅射膜层均匀性的物理气相沉积设备，包括腔体、靶材承载装置、基座、环状管路、多个喷嘴、挡板及环形压环；腔体的下部设置有排气口；基座位于腔体内；挡板位于腔体内，且位于靶材及基座的外围；环状管路位于靶材与基座之间，环状管路与反应气体源相连通；多个喷嘴一端连接于环状管路上，另一端朝向基座方向，以将反应气体均匀喷射到晶圆表面；环形压环一端与挡板相接触，另一端延伸至晶圆的上方。本发明可以进一步包括导流盘，位于环形压环上，内径大于等于晶圆的直径，其下表面间隔设置有沿所述导流盘的径向延伸的多个导流槽，用于将残余气体通过所述导流槽排出。本发明有助于提高薄膜的均匀性和降低生产成本。

技术领域

本发明涉及一种半导体制造设备，特别是涉及一种用于改善反应溅射膜层均匀性的物理气相沉积设备。

背景技术

近代工程技术的发展越来越多地用到各种化合物薄膜，化合物薄膜约占全部薄膜材料的70％。过去，大多数化合物薄膜采用CVD(化学气相沉积)方法制备。CVD技术目前已经开发了PECVD(等离子体增强化学气相沉积)，MOCVD(金属有机化合物化学气相沉积)等新工艺。但因CVD沉积需在高温下进行，使得材料来源受到限制，此外很多CVD材料源存在毒性和/或腐蚀性，导致环境污染以及镀膜均匀性等问题，且导致极大的职业安全隐患，使得用CVD法制备化合物薄膜存在诸多限制，因而采用PVD(物理气相沉积)方法制备介质薄膜和化合物薄膜越来越受到关注。

PVD工艺除了可采用射频溅射介质靶材外，还可以采用反应溅射法，即，使用非介质靶材，在溅射镀膜过程中，人为控制地引入某些活性反应气体，与溅射出来的靶材粒子进行反应后沉积在基片上，可获得不同于靶材本身材质的薄膜。例如在O2中反应溅射而获得氧化物，在N2中反应溅射获得氮化物，在O2+N2混合气体中得到氮氧化合物。目前从大规模工业生产化合物薄膜的需求来看，反应磁控溅射沉积技术具有明显的优势。反应溅射的过程中通常的反应气体有氧气、氮气等。在溅射过程中，根据反应气体压力的不同，反应过程可以发生在基片上、基片附近的等离子体区或发生在阴极上(反应后以化合物形式迁移到基片上)。当反应气体的压力较高时，则可能在阴极溅射靶上发生反应，然后以化合物的形式迁移到基片上成膜。一般情况下，反应溅射的气压比较低，因此气相反应不显著，主要表现为在基片表面的固相反应。由于等离子体中的电流、电压通常较高，可以有效地促进反应气体分子的分解、激发和电离过程。在反应溅射过程中产生一股较强的由载能游离原子组成的粒子流，伴随着溅射出来的靶材粒子从阴极靶流向基片，在基片上克服薄膜扩散生长的激活阈能后形成化合物。由于反应磁控溅射所用的靶材料(单元素靶或多元素靶)和反应气体等源材料很容易获得高的纯度，因而有利于制备高纯度的化合物薄膜。此外，在反应磁控溅射中，通过调节沉积工艺参数，可以制备化学配比或非化学配比的化合物薄膜，从而达到通过调节薄膜的组成来调控薄膜特性的目的。另外，在反应磁控溅射沉积过程中，基片的温度一般不太高。而且成膜过程通常也并不要求对基片进行很高温度的加热，因此对基片材料的限制较少，这些优点使得反应磁控溅射的应用越来越广泛。

但是随着半导体制造技术的日益发展，器件关键尺寸越来越小而器件密集度越来越高，对各种膜层的均匀性要求越来越高，而现有大部分磁控溅射设备无法满足这些高均匀性的要求。市面上常用的商用PVD反应腔的结构通常为，工艺气体从腔体下部的进气口进入腔体，然后从加热器与腔体、腔体与晶圆压环之间的缝隙扩散到晶圆上方和靶材下方之间的区域，同时在晶圆和靶材之间区域的工艺气体从腔体与晶圆压环以及加热器与腔体之间的缝隙中流向排气口。这样的结构极易导致晶圆上方中心和边缘气体分布不均匀的情况，造成沉积膜层的厚度、成分和方阻的均匀性不佳，导致生产良率的下降和器件性能劣化。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于改善反应溅射膜层均匀性的物理气相沉积设备，用于解决现有技术中因为设备结构上的原因，容易导致晶圆上方中心和边缘气体分布不均匀的情况，造成沉积膜层的厚度、成分和方阻的均匀性不佳，导致生产良率的下降和器件性能劣化等问题。