离子辅助、倾斜溅射的PVD系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种离子辅助、倾斜溅射的PVD系统，包括腔室，腔室内设置有等离子体源、靶支架和基板载物台，所述基板载物台的正面周围设置有气体喷淋单元，所述气体喷淋单元包括喷气环，基板载物台对应喷气环的中间用以放置基片，所述气体喷淋单元还包括若干喷孔，若干喷孔在喷气环的内侧沿圆周均匀分布，所述喷气环上设置有与喷孔连通的气道，本实用新型专利技术具有可以用于喷出如氧气的处理气体的气体喷淋单元，以促进在溅射沉积过程中处理气体与靶材溅射处的颗粒之间的化学反应，喷孔可以沿着气管的长度方向均匀分布，使得化学反应在晶圆的表面上可以基本均匀的进行。的表面上可以基本均匀的进行。的表面上可以基本均匀的进行。

【技术实现步骤摘要】
离子辅助、倾斜溅射的PVD系统


[0001]本技术属于薄膜物理气相沉积系统领域，更具体的说涉及一种离子辅助、倾斜溅射的PVD系统。

技术介绍

[0002]溅射沉积系统可用于在各种基片(例如Si基片)上沉积各种材料的薄膜。它可以广泛应用于包括例如半导体、磁存储、光学系统和微机电系统(MEMS)等众多工业领域。待沉积的材料可以是金属、半导体、绝缘体等几乎所有固体材料，其中含氧化物，如，氧化铝，氧化锌，氧化锡或二氧化钛等。作为示例，沉积系统可以利用惰性气体(如Ar等)产生的等离子体来溅射靶材料。靶材料的原子(或包括原子的粒子)可以被离子化、且被电场和磁场加速的高能量的Ar气等离子体轰击而出，随后附着至基片的表面。
[0003]溅射过程中，除惰性气体(如Ar气)外，也可以有反应气体(如氧气、氮气等)加入，则形成反应溅射，即由金属靶材表面被轰击而出的金属原子，与腔体中引入的反应气体产生化学反应，在沉积到基片表面之前，形成氧化物、氮化物等，随后附着至基片的表面。
[0004]在反应溅射过程中，溅射原子在腔体内需要进行氧化或氮化的化学反应，因此提供适量、稳定、均匀的反应气体至关重要。反应气体在腔体内分布并不十分均匀，如果反应气体导入口离靶材太近，通常在靶材表面区域会有过多的反应气体，而产生“靶材中毒”的现象，会导致频繁产生电火花(arcing)，并可能使溅射过程中断；而同时，在基片表面区域由于反应气体不足，导致金属原子不能充分与反应气体反应，达不到沉积氧化物、氮化物的目标。
[0005]同时，溅射沉积、反应溅射沉积氧化物的沉积速率通常不高(<～2A/sec/kW)，因此，人们常采用增加溅射过程中气体离子浓度的方法来提高溅射速率，例如，在靶材后增加磁控(磁控溅射)、电感耦合等离子体(ICP)方式等。
[0006]并且，由于通常的溅射沉积系统，靶材表面与基片表面平行，以达到最佳的靶材利用率、沉积薄膜的均匀性等。但是，这样的结构，导致沉积薄膜对于立体结构的裹覆率(conformal)很低，即沉积过程会造成立体结构侧面的厚度(δc)远小于立体结构的表面的厚度(δT)，通常，δc<<30％δT。

技术实现思路

[0007]针对现有上述技术的不足，本技术提供了一种具有可以用于喷出如氧气的处理气体的气体喷淋单元，以促进在溅射沉积过程中处理气体与靶材溅射处的颗粒之间的化学反应，喷孔可以沿着气管的长度方向均匀分布，使得化学反应在晶圆的表面上可以基本均匀的进行。
[0008]同时，采用远程离子辅助，即采用附加离子源，使其在溅射过程中产生等离子，并通过电磁场引导，使等离子体作用于溅射靶材表面，强烈提高靶材表面的等离子体浓度，进而提高系统溅射速率。
[0009]又为了提高薄膜沉积到立体结构的裹覆率，将系统的靶材和基片表面设计成具有可调的角度，同时基片在溅射过程中也可以旋转，大大提高了溅射薄膜的裹覆率，可使δc>～50％δT。
[0010]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、倾斜溅射的PVD系统，包括腔室，腔室内设置有等离子体源、靶支架和基板载物台，所述基板载物台的正面周围设置有气体喷淋单元。
[0011]进一步的所述气体喷淋单元包括喷气环，基板载物台对应喷气环的中间用以放置基片，所述气体喷淋单元还包括若干喷孔，若干喷孔在喷气环的内侧沿圆周均匀分布，所述喷气环上设置有与喷孔连通的气道。
[0012]进一步的所述气体喷淋单元位于基板载物台和靶支架之间，所述气体喷淋单元包括气管，气管包括气体入口和若干个喷孔，喷孔朝向基板载物台方向倾斜。
[0013]进一步的所述基板载物台的前方设置有可开启的挡板。
[0014]进一步的所述基板载物台的前方表面设置有密封单元，密封单元沿着基板载物台的轮廓形状布置，基片布置于密封单元上，且基片与基板载物台之间形成空腔，所述基板载物台上开设有连通至空腔的气体通道。
[0015]进一步的所述基板载物台内设置有冷却通道，冷却通道内通入冷媒。
[0016]进一步的所述靶支架位于等离子体源下方，且靶支架的正面与等离子体源的中心轴线呈角度倾斜布置，所述基板载物台的正面朝向靶支架的正面并远离等离子体源的中心轴线。
[0017]进一步的所述腔室内设置有顶部磁体和/或底部磁体，所述顶部磁体位于等离子体源处，所述底部磁体位于基板载物台处。
[0018]进一步的所述顶部磁体与等离子体源的轴线呈0
‑
90
°
角度布置。
[0019]进一步的所述底部磁体与基板载物台的中心线呈0
‑
90
°
角度布置。
[0020]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0021]1、围绕基片周围的反应气体的均匀喷孔，更易于控制反应溅射过程，提高基片表面薄膜均匀性；
[0022]2、远程离子源辅助溅射，磁体对等离子体的导向，提高离子浓度；
[0023]3、倾斜溅射，提高溅射薄膜的裹覆率；
[0024]4、利用顶部磁体和底部磁体引导等离子体分布，提高靶材表面等离子体浓度，提高溅射速率。
附图说明
[0025]图1为本技术离子辅助、倾斜溅射的PVD系统实施例一的结构示意图；
[0026]图2为本技术离子辅助、倾斜溅射的PVD系统实施例二的结构示意图；
[0027]图3为本技术中气体喷淋单元实施例一的立体结构示意图；
[0028]图4为本技术中气体喷淋单元实施例一的剖面视图
[0029]图5为本技术中气体喷淋单元实施例二的结构示意图；
[0030]图6为本技术基板载物台具有挡板时的结构示意图；
[0031]图7为本技术中基板载物台的剖面视图。
[0032]附图标记：1、腔室；2、等离子体源；21、溅射屏蔽罩；3、靶支架；4、基板载物台；41、板；42、挡板；43、轴；45、喷气环；51、顶部磁体；52、底部磁体；6、基片；7、气管；71、喷孔；72、气体入口；73、气道；81、密封圈；82、气体通道；83、空腔；84、真空泵；85、电容压力计；86、控制器；87、阀门；88、质量流量控制器；89、冷却通道。
具体实施方式
[0033]参照图1至图7对本技术离子辅助、倾斜溅射的PVD系统的实施例做进一步说明。
[0034]在本技术的描述中，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，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、倾斜溅射的PVD系统，包括腔室，腔室内设置有等离子体源、靶支架和基板载物台，其特征在于：所述基板载物台的正面周围设置有气体喷淋单元。2.根据权利要求1所述的离子辅助、倾斜溅射的PVD系统，其特征在于：所述气体喷淋单元包括喷气环，基板载物台对应喷气环的中间用以放置基片，所述气体喷淋单元还包括若干喷孔，若干喷孔在喷气环的内侧沿圆周均匀分布，所述喷气环上设置有与喷孔连通的气道。3.根据权利要求1所述的离子辅助、倾斜溅射的PVD系统，其特征在于：所述气体喷淋单元位于基板载物台和靶支架之间，所述气体喷淋单元包括气管，气管包括气体入口和若干个喷孔，喷孔朝向基板载物台方向倾斜。4.根据权利要求3所述的离子辅助、倾斜溅射的PVD系统，其特征在于：所述基板载物台的前方设置有可开启的挡板。5.根据权利要求4所述的离子辅助、倾斜溅射的PVD系统，其特征在于：所述基板载物台的前方表面设置有密封单元，密封单元沿着基板载物台的轮廓形状布置，基片布置于密封单元上，且基片与基板载物台之间形成空腔，所述基板载...

【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：新型
国别省市：