CN108456859B - 磁控溅射腔室及磁控溅射设备 - Google Patents

磁控溅射腔室及磁控溅射设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磁控溅射腔室，包括基座；用于承载基片的所述基座的上表面倾斜设置，在承载基片时，用以使基片上沉积厚度较薄的基片区域相对沉积厚度较厚的基片区域距离靶材位的距离较近。本发明还提供一种包含该磁控溅射腔室的磁控溅射设备。该磁控溅射腔室和磁控溅射设备，可以获得薄膜厚度均匀性较好的薄膜。

Description

磁控溅射腔室及磁控溅射设备
技术领域
本发明属于磁控溅射技术领域，具体涉及一种磁控溅射腔室及磁控溅射设备。
背景技术
图1为现有的磁控溅射腔室的结构示意图，如图1所示，该磁控溅射腔室1内设置有承载基片10的卡盘9，且在卡盘9的正上方设置有靶材4，在溅射时DC电源会施加偏压至靶材4，使其相对于接地的腔体成为负压，以致氩气放电而产生等离子体，将带正电的氩离子吸引至负偏压的靶材4，当氩离子的能量足够高时，会使金属原子逸出靶材表面并沉积在基片10上；在靶材4的正上方设置有磁控管5，其在靶材4背部浸没在去离子水3中，其包括具有相反极性的内磁极和外磁极，可在靶材4表面形成一定的磁场分布，该磁场分布可以迫使等离子中的电子按照一定的轨道运动，增加了电子和要电离的气体的碰撞的机会，获得高密度的等离子体区，大幅度的提高溅射沉积速率，并在电机6的带动下按一定的速度旋转；使用具有一定重量的金属卡环(Clamp Ring)8将基片10以机械的方式压在卡盘9上进行溅射工艺。
采用图1所示的磁控溅射腔室在实际应用中会存在以下问题：直接溅射完成后薄膜的均匀性较差，使得在下一步的工艺中还需要后续处理，工艺过程繁琐，不适合大尺寸晶片的生产。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种磁控溅射腔室及磁控溅射设备，可以获得薄膜厚度均匀性较好的薄膜。
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种磁控溅射腔室，用于在基片上沉积薄膜，包括用于承载所述基片的基座；所述基座的上表面倾斜设置，工艺时,所述基片上沉积薄膜厚度较薄的基片区域与靶材之间的距离小于沉积薄膜厚度较厚的基片区域与靶材之间的距离。
优选地，所述基座上表面的倾斜角度小于30°。
优选地，还包括：第一顶针和至少两个第二顶针；所述第一顶针用于支撑所述基片的下表面；所述第二顶针的顶端沿其升降方向设置有多个台阶，每个所述台阶，用于限制并承载所述基片的边沿；所述第一顶针和所述第二顶针均贯穿所述基座且可以升降，用以将位于所述基座上的基片顶起或将位于所述第一顶针和所述第二顶针上的基片下落至所述基座上；所述第一顶针对应的所述基片区域与所述靶材的距离为第一距离；所述第二顶针对应的所述基片区域与所述靶材的距离为第二距离；当所述基片位于所述基座上时,所述第一距离小于所述第二距离。
优选地，所述基座包括托盘、本体和固定支柱；所述托盘放置在所述本体上且一侧与所述本体动连接，所述托盘的上表面用于承载基片；所述固定支柱的一端固定在所述本体的上表面上，另一端将所述托盘的另一侧顶起，以使所述托盘的上表面倾斜设置。
优选地，所述动连接包括铰连接。
优选地，所述托盘的上表面上设置有片槽，用于放置基片。
优选地，还包括：偏置磁场装置，用于在承载基片的基座表面形成水平磁场，该水平磁场用于在基片上沉积具有面内各向异性的磁性薄膜。
优选地，所述偏置磁场装置包括环绕所述基座的两段呈圆弧状的磁体，二者对称环绕在所述基座的两侧，且其中一段磁体的N极与其中另一段磁体中的S极均朝向所述基座。
优选地，所述磁性薄膜包括镍铁薄膜。
本发明还提供一种磁控溅射设备，包括磁控溅射腔室，所述磁控溅射腔室采用本发明提供的上述磁控溅射腔室。
本发明具有下述有益效果：
本发明提供的磁控溅射腔室，借助用于承载基片的基座的上表面倾斜设置，可以使在基片水平放置时基片上沉积厚度较薄的基片区域相对沉积厚度较厚的基片区域距离靶材的距离较近，而距离靶材越近等离子体的密度越高，因此，可增大该沉积厚度较薄的基片区域的沉积速率，从而可以改善薄膜厚度的均匀性，故，本发明提供的磁控溅射腔室，能够获得薄膜厚度均匀性较好的薄膜。
本发明提供的磁控溅射设备，其包括本发明实施例提供的磁控溅射腔室，因此，能够获得薄膜厚度均匀性较好的薄膜。
附图说明
图1为现有的磁控溅射腔室的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的磁控溅射腔室的结构示意图；
图3为图2中多个顶针、托盘和基片的俯视图；
图4为具有台阶的顶针的顶端的放大示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的磁控溅射腔室及磁控溅射设备进行详细描述。
实施例1
图2为本发明实施例提供的磁控溅射腔室的结构示意图；请参阅图2，本发明实施例提供的磁控溅射腔室包括腔室本体1，在腔室本体1内设置有基座2；在腔室本体1内且与基座2正对位置设置有用于靶材3的靶材位；在靶材3的上方设置有磁控管4，磁控管4包括相反极性的内磁极41和外磁极42，内磁极41和外磁极42之间形成磁场轨道。
用于承载基片的基座2的上表面倾斜设置，在工艺时(或者说，在基片位于所述基座2上时，用以使基片上沉积厚度较薄的基片区域相对沉积厚度较厚的基片区域与靶材位(图2中靶材3所在的位置)的距离近，其中，基片的沉积薄膜厚度不同的区域可以在基片水平放置时根据实验获得。结合图2举例说明，假设在基片S水平设置时，基片的左侧区域上沉积的厚度较厚，右侧区域上沉积的厚度较薄，因此，基座2的上表面以左低右高的倾斜方式设置，此时，基片的右侧区域相对左侧区域与靶材3的距离近。
本发明实施例提供的磁控溅射腔室，借助用于承载基片的基座2的上表面倾斜设置，可以使基片S上沉积厚度较薄的基片区域相对沉积厚度较厚的基片区域与靶材3的距离近，而距离靶材2越近等离子体的密度越高，因此，可增大该沉积厚度较薄的基片区域的沉积速率，从而可以改善薄膜厚度的均匀性，故，本发明实施例提供的磁控溅射腔室，能够获得薄膜厚度均匀性较好的薄膜。
优选地，本发明实施例提供的磁控溅射腔室还包括：偏置磁场装置5，该偏置磁场装置用于在承载基片S的基座2表面形成水平磁场，该水平磁场用于在基片S上沉积具有面内各向异性的磁性薄膜。可以理解，借助偏置磁场装置5可以沉积面内各向异性的磁性薄膜，因此，本发明能够获得薄膜厚度均匀性较好的面内各向异性的磁性薄膜。具体地，磁性薄膜包括但不限于镍铁薄膜，例如，Ni80Fe20。
在本实施例中，进一步优选地，偏置磁场装置5包括环绕基座2的两段呈圆弧状的磁体(51和52)，二者对称环绕在基座2的两侧，且其中一段磁体N极与其中另一段磁体中的S极均朝向基座2。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以采用其他的偏置磁场装置5，在此不一一列举。
在本实施例中，具体地，如图2～4所示，磁控溅射腔室还包括：第一顶针6a和至少两个第二顶针6b；第一顶针6a用于支撑基片S的下表面；第二顶针6b的顶端沿其升降方向设置有多个台阶，每个台阶，用于限制并承载基片S的边沿；第一顶针6a和第二顶针6b均贯穿基座2且可以升降，用以将位于基座2上的基片S顶起或将位于第一顶针6a和第二顶针6b上的基片下落至基座2上；第一顶针6a对应的基片S区域与靶材3的距离为第一距离H1；第二顶针6b对应的基片S区域与靶材3的距离为第二距离H2，在基片位于基座2上时，第二距离H2大于第一距离H1。
在上述具有台阶的第二顶针6b的情况下，若要向基座2上放置基片，则驱动第一顶针6a和第二顶针6b逐渐下降，在下降的过程中，基片的右侧区域先位于基座2的上表面上，接着继续下降，在下降的过程会使得基片左侧区域的边沿依次落于由下至上的多个台阶上，最终位于基座2的上表面上；若要将基座2上的基片顶起，则驱动多第一顶针6a和第二顶针6b逐渐上升，在上升的过程中，基片的左侧区域的边缘依次落于由上至下的多个台阶上，直至将基片的右侧区域同时顶起。
可以理解，在上述向基座2上放置基片和将基座2上的基片顶起的两个过程，能够避免倾斜放置基片或者倾斜卸载基片时基片发生滑动掉落的问题。
在本实施例中，还具体地，基座2包括托盘21、本体22和固定支柱23；托盘21放置在本体22上且一侧与本体22动连接，托盘21的上表面用于承载基片S；固定支柱23的一端固定在本体22的上表面上，另一端将托盘21的另一侧顶起，以使托盘21的上表面倾斜设置，即实现基座2的上表面倾斜设置。采用该结构的基座2，结构相对简单，便于安装；并且在需要调整托盘21的倾斜角度时仅需要更换不同长度的固定支柱23，因此，成本较低且调整过程相对简单。
更具体地，托盘21和本体22采用包括但不限于铰连接的动连接方式。
优选地，托盘21的上表面上设置有片槽210，用于放置基片S，以限制基片S，防止倾斜放置的基片滑落。可以理解，采用具有片槽210的托盘21来防止基片S滑落，结构简单，便于制备。
在本实施例中，优选地，磁控管4沿旋转轴进行旋转，用于对靶材3表面进行扫描，这样，可以对靶材3的整个周向进行扫描，从而能够提高腔室内等离子体的分布均匀性，从而能够进一步提高薄膜厚度的均匀性。
优选地，基座2上表面的倾斜角度小于30°，这样可以使得薄膜厚度的均匀性达到4％。
实施例2
本发明实施例还提供一种磁控溅射设备，包括磁控溅射腔室，所述磁控溅射腔室采用本发明实施例1提供的磁控溅射腔室。
本发明实施例提供的磁控溅射设备，其包括本发明上述实施例1提供的磁控溅射腔室，因此，能够获得薄膜厚度均匀性较好的面内各向异性的磁性薄膜。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种磁控溅射腔室，用于在基片上沉积薄膜，其特征在于，包括用于承载所述基片的基座；
所述基座的上表面倾斜设置，工艺时,所述基片上沉积薄膜厚度较薄的基片区域与靶材之间的距离小于沉积薄膜厚度较厚的基片区域与靶材之间的距离；
还包括：第一顶针和至少两个第二顶针；
所述第一顶针用于支撑所述基片的下表面；
所述第二顶针的顶端沿其升降方向设置有多个台阶，每个所述台阶用于限制并承载所述基片的边沿；
所述第一顶针和所述第二顶针均贯穿所述基座且可以升降，用以将位于所述基座上的基片顶起或将位于所述第一顶针和所述第二顶针上的基片下落至所述基座上；
所述第一顶针对应的所述基片区域与所述靶材之间的距离为第一距离；
所述第二顶针对应的所述基片区域与所述靶材之间的距离为第二距离；
当所述基片位于所述基座上时，所述第一距离小于所述第二距离。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射腔室，其特征在于，所述基座上表面的倾斜角度小于30°。
3.根据权利要求1所述的磁控溅射腔室，其特征在于，所述基座包括托盘、本体和固定支柱；
所述托盘放置在所述本体上且一侧与所述本体动连接，所述托盘的上表面用于承载基片；
所述固定支柱的一端固定在所述本体的上表面上，另一端将所述托盘的另一侧顶起，以使所述托盘的上表面倾斜设置。
4.根据权利要求3所述的磁控溅射腔室，其特征在于，所述动连接包括铰连接。
5.根据权利要求3所述的磁控溅射腔室，其特征在于，所述托盘的上表面上设置有片槽，用于放置基片。
6.根据权利要求1所述的磁控溅射腔室，其特征在于，还包括：
偏置磁场装置，用于在承载基片的基座表面形成水平磁场，该水平磁场用于在基片上沉积具有面内各向异性的磁性薄膜。
7.根据权利要求6所述的磁控溅射腔室，其特征在于，所述偏置磁场装置包括环绕所述基座的两段呈圆弧状的磁体，二者对称环绕在所述基座的两侧，且其中一段磁体的N极与其中另一段磁体中的S极均朝向所述基座。
8.根据权利要求6所述的磁控溅射腔室，其特征在于，所述磁性薄膜包括镍铁薄膜。
9.一种磁控溅射设备，包括磁控溅射腔室，其特征在于，所述磁控溅射腔室采用权利要求1-8任意一项所述的磁控溅射腔室。
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