CN106756790B - 改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的pvd腔体结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，包括：腔体、驱动装置、磁性件、靶材、上挡板、下挡板、晶片等；上挡板呈倒锥形筒状，上挡板的外沿架设在腔体的开口处，且上挡板的底端低于基座压环的上表面；腔体开设有氧气进口，进口处安装有进气环，气环分为外环和内环，外环是一个进气口，分开两个出气口，分开的两路孔连接内环，内环的孔对称分布。本发明的腔体结构，气体进入腔体后不会立即从上、下挡板之间的缝隙中抽走，气体下抽的过程中，气流会有一个向中心方向的矢量，提高了晶圆中心的反应气体浓度；将混合进气改为单独进气，气流分布均匀，弥散性更好，氧气和氩气进气口分开，氩气能更好的搅拌氧气，使氧气分布更均匀。

Description

改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构

技术领域

本发明涉及

技术领域，具体的涉及一种改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构。

背景技术

物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)技术在半导体领域被广泛应用，该方法包括真空蒸镀、溅射镀膜、分子束外延等。在MEMS制造中的金属薄膜材料多通过PVD溅射方法制备。在PVD技术中，通常采用PVD腔室进行薄膜沉积。在薄膜沉积中，采用磁控溅射(磁性件ron Sputtering)技术，用于金属薄膜的沉积以构成金属接触以及金属互连线等。在真空环境下，磁控溅射通过电压和磁场的共同作用，以被离化的惰性气体离子对靶材(靶材)进行轰击，致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出，在衬底上沉积形成薄膜。

随着MEMS技术的发展，金属氧化物薄膜材料被应用到特殊的制程中，特别是含有可变价态的金属氧化物薄膜材料。影响金属氧化物大规模应用的关键问题就便是金属氧化物薄膜的方阻均匀性。但是，满足金属薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构并不能满足金属氧化物薄膜方阻均匀性，本发明就是设计一种新型的PVD腔体结构，解决金属氧化物薄膜方阻均匀性的问题。

在现有技术中，PVD腔体结构包括：驱动装置，磁性件，靶材，上挡板，低温泵，锁紧圈，加热器，进气口，下挡板等。

金属氧化物沉积过程中，在真空环境下，磁性件在驱动装置的带动下，以一定的转速旋转，氧气和氩气混合，通过进气口进入腔体，磁控溅射通过电压和磁场的共同作用，氩气被离化，并对靶材进行轰击，致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出，离化的氧离子和靶材原子或者离子反应，生产氧化物，在衬底晶片上沉积形成薄膜。其中上下挡板对腔体进行保护，避免将靶材溅射到腔体上；低温泵保持腔体内所需要的真空压力，加热器对晶片进行加热。

现有技术的缺点就是金属氧化物的方阻均匀性较差，均匀性大于20％。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构。具体技术方案如下：

一种改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，包括：底部具有进气口的腔体，安装在腔体上方的驱动装置、磁性件和靶材，置于腔体内的上挡板、下挡板、晶片和加热器，安装在所述腔体侧壁上的低温泵；所述驱动装置和所述磁性件相连接，所述靶材置于所述磁性件的下方；所述晶片放置在所述加热器上，并置于所述上、下挡板围成的空间内；所述上挡板呈倒锥形筒状，上挡板的上端的外沿架设在所述腔体的开口处，且上挡板的底端低于所述基座压环的上表面；所述腔体的底部开设有氩气的进气口，所述腔体的侧壁开设有氧气进口，所述氧气进口处安装有进气环，所述进气环开设有多个进气孔和出气孔。

根据本发明提供的改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，将上挡板设计呈倒锥形筒状，气体进入腔体后，不会立即从上挡板和下挡板之间的大缝隙中抽走，气体在下抽的过程中，通过锥形筒，气流会有一个向中心方向的矢量，提高了晶圆中心的气体密度；将混合进气改为单独进气，进气环设计成上述结构可以使得气流分布更均匀，弥散性更好，氧气和氩气进气口分开，氩气从底部进入，氧气从上部进入，氩气能更好的搅拌氧气，使氧气分布更均匀，进一步提高反应效率。通过实验证明使用本发明结构的腔体，金属氧化物的方阻均匀性小于3％。

另外，根据本发明上述实施例的改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个示例，所述进气环包括相连接外环和内环，所述外环具有两个与内环相连接的进气孔，所述内环设有2ⁿ个出气孔，其中n为自然数。

根据本发明的一个示例，出气孔均匀间隔分布。

根据本发明的一个示例，所述进气环与所述靶材或所述晶片的距离为20～80mm。

根据本发明的一个示例，所述上挡板的锥度与晶片到靶材的距离成正比。

根据本发明的一个示例，所述上挡板的锥度范围是30°～60°。

根据本发明的一个示例，所述上挡板位于所述晶片的上方的部位还设有锥形筒状的收口。

根据本发明的一个示例，所述驱动装置为电机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例的PVD腔体结构的截面图；

图2为本发明的PVD腔体结构的另一种结构的截面图；

图3为图1中进气环的结构示意图；

图4为图1中上挡板的示意图；

图5为图2中锥形筒状的收口的示意图。

图中：1、腔体；101、驱动装置；102、磁性件；103、靶材；104、上挡板；105、低温泵；106、锁紧圈；107、加热器；108、进气口；109、下挡板；110、晶片；111、收口；112、进气环；1121、外环；1122、内环；113、进气孔、114、氧气进口；115、出气孔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来详细描述根据本发明的改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构。

结合附图1-5所示，本实施例提供了一种改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，包括：底部具有进气口108的腔体1，安装在腔体1上方的驱动装置101、磁性件102和靶材103，置于腔体1内的上挡板104、下挡板109、晶片110和加热器107，安装在腔体1侧壁上的低温泵105。驱动装置101和磁性件102相连接，靶材103置于磁性件102的下方，驱动装置为电动机等结构。晶片110通过基座压环106安装在加热器107上，并置于上挡板104和下挡板109围成的空间内。

本实施例相对于现有技术做出的改进之一在于，如图1所示，将上挡板104设计成倒锥形筒状，上挡板104的上端的外沿架设在腔体1的开口处，且上挡板104的底端低于基座压环106的上表面。锥形筒状的上挡板的优点是气体进入腔体1后，不会立即从上挡板104和下挡板109中的大缝隙中抽走，气体在下抽的过程中，通过锥形筒，气流会有一个向中心方向的矢量，提高了气体分布均匀性。更有利的，如图2所示，还可以在上挡板104位于晶片110的上方的部位设有锥形筒状的收口111，锥形筒状的收口111的效果和上挡板104类似，主要是改变气流在腔体1内的分布和流动，进一步提高气体分布均匀性。

本实施例相对于现有技术做出的改进之二在于，如图1和图3所示，在腔体1的侧壁开设有氧气进口114，氧气进口114处安装有进气环112，进气环112的外环1121开设有两个进气孔113，内环1122具有2ⁿ个出气孔115，其中n为自然数。Ar气进气从进气口108，将氧气进气设计成进气环112进气，从进气口114进入，进气方式为一分二，出气孔115的数量为2n。本实施例中，一分二为一个进气孔均匀分开两路，分开的两路孔连接一个气环，分开的两路的孔对称分布，并且，两路的进气孔在进气环的孔与孔之间，本实施例的进气环的孔的数量为16个，均匀性分布，孔径0.5mm；针对8英寸工艺，进气环的直径为220～240mm，针对6英寸工艺，进气环的直径为160～190mm。进气环112的示意图如图3所示。新设计的进气环的优点是气流分布更均匀，弥散性更好。氧气和氩气进气口分开，氩气从底部进入，氧气从上部进入，氩气能更好的搅拌氧气，使氧气分布更均匀。有利的，本实施例例的进气环112到靶材103和晶片110的距离可调，距离范围在20～80mm。使用本实施例的腔体结构，金属氧化物的方阻均匀性小于3％。

具体的，在本实施例中，上挡板104的锥度在30°～60°范围内，根据晶片110到靶材103的距离不同，锥度也会相应的变化。上挡板的示意图如图4所示。

综上所述，根据本发明提供的改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，结构简单，将上挡板设计呈倒锥形筒状，气体进入腔体后，不会立即从上当吧和下挡板之间的大缝隙中抽走，气体在下抽的过程中，通过锥形筒，气流会有一个向中心方向的矢量，提高了反应效率；将混合进气改为单独进气，进气环设计成上述结构可以使得气流分布更均匀，弥散性更好，氧气和氩气进气口分开，氩气从底部进入，氧气从上部进入，氩气能更好的搅拌氧气，使氧气分布更均匀，进一步提高反应效率。通过实验证明使用本发明结构的腔体，金属氧化物的方阻均匀性小于3％。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，其特征在于，包括：底部具有进气口的腔体，安装在腔体上方的驱动装置、磁性件和靶材，置于腔体内的上挡板、下挡板、晶片和加热器，安装在所述腔体侧壁上的低温泵；所述驱动装置和所述磁性件相连接，所述靶材置于所述磁性件的下方；所述晶片放置在所述加热器上，并置于所述上、下挡板围成的空间内，晶片通过基座压环安装在加热器上；所述上挡板呈倒锥形筒状，上挡板的上端的外沿架设在所述腔体的开口处，且上挡板的底端低于所述基座压环的上表面；所述腔体的底部开设有氩气的进气口，所述腔体的侧壁开设有氧气进口，所述氧气进口处安装有进气环，所述进气环包括相连接外环和内环，所述外环具有两个与内环相连接的进气孔，所述内环设有2ⁿ个出气孔，其中n为自然数。

2.根据权利要求1所述的改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，其特征在于，多个所述出气孔均匀间隔分布。

3.根据权利要求1所述的改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，其特征在于，所述进气环与所述靶材或所述晶片的距离为20～80mm。

4.根据权利要求1所述的改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，其特征在于，所述上挡板的锥度与晶片到靶材的距离成正比。

5.根据权利要求3所述的改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，其特征在于，所述上挡板的锥度范围是30°～60°。

6.根据权利要求1-5任一项所述的改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，其特征在于，所述上挡板位于所述晶片的上方的部位还设有锥形筒状的收口。

7.根据权利要求1-5任一项所述的改善金属氧化物薄膜方阻均匀性的PVD腔体结构，其特征在于，所述驱动装置为电机。