CN110923644B - 用于反应溅射的物理气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于反应溅射的物理气相沉积设备，该设备包括腔体、基座、沉积源装置及匀气装置；沉积源装置位于腔体上部；匀气装置位于腔体内且位于沉积源装置的下方；基座位于腔体内，用于承载晶圆；匀气装置包括网状匀气管路，用于向晶圆表面均匀供应反应气体；网状匀气管路位于晶圆的正上方，网状匀气管路包括环形主管路和一个以上直线形或环形进气支路，网状匀气管路上设置有多个出气孔。本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备使用新型的结构设计，可以提高反应气体在晶圆中心区域的浓度，实现反应气体在晶圆表面的均匀分布，有助于改善沉积薄膜的方阻均匀性，避免晶圆的局部区域方阻偏高，有助于提高沉积薄膜的品质、提高生产良率。

Description

用于反应溅射的物理气相沉积设备

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反应溅射的物理气相沉积设备。

背景技术

物理气相沉积（(Physical Vapour Deposition，简称PVD)）工艺是半导体芯片制造过程中非常重要的一道工序，其通常是通过蒸发、电离或溅射等过程产生金属等粒子并与反应气体反应以最终在晶圆表面沉积形成薄膜。现有的用于氧化物、氮化物或碳化物薄膜制备的物理气相沉积设备的溅射腔体都有一套气体分布控制装置，用于控制反应气体的流量和腔体压力，但都很难实现小流量反应气体（如氧气、氮气、氨气、甲烷、乙炔或上述气体的混合气， 这些气体在物理气相沉积过程中的流量通常小于10sccm）在晶圆附近的均匀分布。

具体地，现有的物理气相沉积设备的腔体上设置有进气口，晶圆放置于基座上，其外围被压环按压以固定（晶圆与压环之间没有间隙），压环与腔体之间具有间隙。而现有的物理气相沉积设备的进气口设置常见的有两种，一种是设置在腔体底部，另一种是设置在腔体中上部。对于前一种设置，当反应气体从腔体底部的进气口进入腔体内时，因为进气口离冷泵的抽气口很近，在反应气体流量很低的情况下，气体大部分被冷泵抽走，所以很难均匀地扩散到晶圆附近，容易出现晶圆边缘的气体分压过高，甚至是一边高一边低的情况。尤其对于一些反应速度极快的反应溅射，从晶圆边缘向晶圆中心扩散的反应气体往往来不及扩散就在晶圆边缘附近被反应消耗掉了，因而沉积出来的导电氧化物、氮化物或碳化物薄膜会出现晶圆边缘区域方阻明显高于中心区域方阻的情形，导致薄膜的方阻均匀性不佳。对于后一种设计，当反应气体从腔体中上部的进气口进入腔体内时，气体会沿着压环和腔体之间的间隙被迅速抽走，造成晶圆中心的气体分压明显低于晶圆边缘的气体分压。因而前述的两种进气口设计都很难实现反应气体在晶圆表面的均匀分布。这极容易导致晶圆表面沉积的薄膜的性能，比如薄膜的方阻均匀性不佳，尤其是在沉积包括氧化钒薄膜、ITO薄膜、CrSiN薄膜等导电氧化物、氮化物或碳化物薄膜时，薄膜的方阻的标准偏差高达15%以上（而工艺上允许的偏差通常在4%以内），导致薄膜性能劣化和生产良率的下降。

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反应溅射的物理气相沉积设备，用于解决现有技术中的物理气相沉积设备难以实现反应气体，尤其是流量在10sccm以内的小流量反应气体在晶圆表面的均匀分布，导致沉积薄膜的方阻均匀性不佳，导致薄膜性能劣化和生产良率下降等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于反应溅射的物理气相沉积设备，包括腔体、基座、沉积源装置及匀气装置；所述沉积源装置位于所述腔体上部；所述匀气装置位于所述腔体内且位于所述沉积源装置的下方；所述基座位于所述腔体内，用于承载晶圆；所述匀气装置包括网状匀气管路，用于向所述晶圆表面均匀供应反应气体；所述网状匀气管路位于所述晶圆的正上方，所述网状匀气管路包括环形主管路和位于所述环形主管路内，且与所述环形主管路相连通的一个以上直线形或环形进气支路，所述网状匀气管路上分布有多个出气孔。

可选地，所述匀气装置还包括环形压环，所述环形压环覆盖所述晶圆与所述腔体之间的区域，且所述环形压环与所述晶圆的边缘之间具有间隙。

可选地，所述用于反应溅射的物理气相沉积设备还包括进气座，所述进气座连接于所述网状匀气管路及反应气体源之间，所述环形主管路与所述进气座相连通。

可选地，所述环形主管路的内径为280~320mm。

可选地，所述进气座包括两个，两个所述进气座对称分布于所述网状匀气管路的两端。

可选地，所述网状匀气管路的管径小于等于5mm，所述出气孔的数量为10~50个，所述出气孔的孔径为0.2~0.8mm。

可选地，所述多个出气孔在所述网状匀气管路上等间隔分布，所述多个出气孔的开口朝向所述晶圆。

可选地，所述网状匀气管路与所述基座的距离为10~50mm。

可选地，所述网状匀气管路与所述沉积源装置的距离大于等于15mm。

可选地，所述网状匀气管路的材质包括不锈钢，所述网状匀气管路的表面经过粗糙化处理，所述粗糙化处理包括喷砂和铝融射中的一种或两种。

可选地，所述网状匀气管路接地。

可选地，所述反应气体源包括氧气、氮气、氨气、甲烷和乙炔中的一种或多种。

可选地，所述环形压环与所述晶圆的间距为2~6mm。

可选地，所述腔体包括腔壁及挡板，所述挡板位于所述腔壁内侧，所述挡板的一端与所述腔壁相连接，所述挡板的另一端与所述环形压环相接触。

更可选地，所述挡板包括上挡板及位于所述上挡板下方的下挡板，所述网状匀气管路位于所述上挡板和所述下挡板之间。

可选地，所述沉积源装置包括靶材固定盘及永磁装置，所述靶材固定盘位于所述腔体的上部，用于承载靶材，所述永磁装置位于所述靶材固定盘的上方。

可选地，所述匀气装置还包括气体导流板，所述气体导流板位于所述匀气管路和所述环形压环之间，且自所述网状匀气管路延伸至所述基座，用于将所述网状匀气管路供应的反应气体均匀分散到所述晶圆表面。

更可选地，所述气体导流板为漏斗状，所述气体导流板的下部开口面积大于等于所述晶圆的表面积。

相较于现有技术，本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备使用新型的结构设计，通过网状匀气管路上的多个出气孔向腔体内供应反应气体，反应气体自上而下扩散至晶圆表面，而多余的反应气体则通过间隙，比如通过环形压环与晶圆边缘之间的间隙排出，由此可以提高反应气体在晶圆中心区域的浓度，实现反应气体在晶圆表面的均匀分布，有助于改善沉积薄膜的方阻均匀性，避免晶圆的局部区域，尤其是晶圆边缘区域方阻偏高的情况，有助于提高沉积薄膜的品质、提高生产良率。

附图说明

图1显示为本发明实施例一的用于反应溅射的物理气相沉积设备的结构示意图。

图2显示为图1中的网状匀气管路的一示例性仰视图。

图3显示为图1中的网状匀气管路的另一示例性仰视图。

图4显示为图1中的A区域的放大结构示意图。

图5显示为本发明实施例二的用于反应溅射的物理气相沉积设备的结构示意图。

元件标号说明

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征 “之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1至图4所示，本发明提供一种用于反应溅射的物理气相沉积设备，该设备包括腔体201、基座211、沉积源装置及匀气装置；所述腔体201的下部（比如位于所述腔体201的侧壁底部或位于所述基座211下方的底部）设置有排气口214（所述排气口214的高度至少低于所述基座211的高度），所述排气口214与排气装置（未图示）相连接，以将所述腔体201内的残余气体排出；所述沉积源装置位于所述腔体201上部，用于产生薄膜沉积所需的离子/原子；所述匀气装置位于所述腔体201内且位于所述沉积源装置的下方，用于向所述晶圆210表面均匀供应反应气体；所述基座211位于所述腔体201内，用于承载晶圆210，晶圆210表面通常包括位于晶圆210中间的有效器件区域和位于有效器件区域外围的外围区域，且外围区域通常很小，比如外围区域沿晶圆径向的宽度通常小于0.5cm；所述匀气装置包括网状匀气管路206，所述网状匀气管路206位于所述晶圆210的正上方（也即位于所述基座211的上方），所述网状匀气管路206包括环形主管路和位于所述环形主管路206a内，且与所述环形主管路206a相连通的一个以上直线形或环形进气支路206b，所述网状匀气管路206上分布有多个出气孔2061，所述网状匀气管路206与反应气体源相连接，反应气体和所述沉积源装置产生的离子/原子在晶圆210表面反应以沉积形成所需的薄膜。本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备使用新型的结构设计，通过网状匀气管路上的多个出气孔向腔体内供应反应气体，反应气体自上而下扩散至晶圆表面，而多余的反应气体则通过间隙（比如通过环形压环和晶圆边缘之间的间隙）间隙排出，由此可以优化反应气体在晶圆表面的分布，可以有效避免从晶圆边缘向晶圆中心扩散的反应气体来不及扩散就在晶圆边缘附近被反应消耗而导致晶圆边缘区域方阻偏高的问题，有助于改善沉积薄膜的方阻均匀性，有助于提高沉积薄膜的品质、提高生产良率。

作为示例，所述匀气装置还包括环形压环208，所述环形压环208覆盖所述晶圆210与所述腔体201之间的区域，且所述环形压环208与所述晶圆210的边缘之间具有间隙。具体地，所述环形压环208的一端位于所述晶圆210的外围区域的上方且与所述晶圆210具有间距。由于晶圆210通常为圆形，而所述环形压环208环绕设置于所述晶圆210的周向的上方，因而在所述环形压环208和所述晶圆210之间形成了环状间隙213；所述环形压环208的另一端与腔体201相接触（如所述腔体201包括上挡板204和下挡板209，则所述环形压环208的另一端与所述下挡板209相接触），所述环形压环208与所述腔体201（下挡板209）之间没有间隙，或者说间隙非常小，通常小于0.5mm，因而薄膜沉积过程中的残余气体（包括残余的反应气体以及惰性气体）绝大部分只能通过所述环状间隙213流入到所述腔体201的下部，并最终通过所述排气口214排出（图1中的箭头方向示意了反应气体在所述腔体201内的流动方向）。

作为示例，所述基座211的材料包括但不限于不锈钢或铝合金。所述腔体201的周向上可以仅包括一环形内壁（所述环形侧壁的内部空间即为放置基座211和晶圆210以及进行薄膜沉积的空间），所述环形压环208可以直接与所述腔体201的环形内壁相接触（如后续提及的，如果所述腔体201包括上挡板204及下挡板209，则所述环形压环208与所述下挡板209相接触）以使所述环形压环208和所述腔体201的环形内壁之间没有间隙或者间隙非常小，使得薄膜沉积过程中的残余气体绝大部分只能通过所述晶圆210和所述环形压环208之间的环状间隙213排出。而本实施例中，作为示例，所述腔体201包括环形内壁及挡板，所述挡板位于所述环形内壁内侧，所述挡板的一端与所述环形内壁相连接，所述挡板的另一端与所述环形压环208相接触。所述挡板与所述环形内壁为可拆卸连接。所述挡板有助于防止反应源，包括所述沉积源装置产生的离子和原子在环形内壁表面沉积、以及沉积膜层变厚并剥落造成所述腔体201内颗粒过多造成晶圆210污染等问题，通过拆除所述挡板并定期清洗或更换，有助于改善所述腔体201内的洁净度，有助于提高生产良率。所述挡板的材质可以为不锈钢等金属材质，且表面根据工艺需要可以电镀保护层或做粗糙化处理，以增强沉积膜层的吸附力，避免膜层脱离导致杂质颗粒掉落至晶圆210表面。所述挡板的结构可以根据需要设置。本实施例中，作为示例，所述挡板包括上挡板204及位于所述上挡板204下方的下挡板209，所述网状匀气管路206位于所述上挡板204和所述下挡板209之间。所述上挡板204和所述下挡板209可以仅是位置上的区分，两者可以是一体结构，两者的连接处可设置固定所述网状匀气管路206的卡槽或其他结构。当然，在其他示例中，所述上挡板204和所述下挡板209也可以是各自独立的结构，以各自适合的方式与所述环形内壁相固定，确保所述挡板和所述环形内壁之间没有间隙或者间隙非常小。所述上挡板204和所述下挡板209的尺寸可以相同或不同，重要的是确保不会影响晶圆210表面的薄膜沉积。所述挡板与所述环形压环208的接触端可以设置有便于固定所述环形压环208的勾状结构，而所述环形压环208的下表面可设置有与所述挡板的勾状结构相匹配的卡槽，通过所述卡槽将所述环形压环208卡设在所述勾状结构上以使所述环形压环208和所述挡板固定。当然，所述挡板和所述环形压环208的结构还可以有其他设置，本实施例中不做严格限制。

所述环形压环208与所述晶圆210的间距不宜太大，否则容易导致反应气体来不及反应就通过所述环状间隙213被排出；也不宜太小，否则容易导致反应气体因在晶圆210边缘积聚而浓度过高，造成晶圆210边缘的薄膜方阻偏高，致使薄膜的方阻均匀性下降。发明人经多次试验发现，所述环形压环208与所述晶圆210的间距为2~6mm是较为合适的，有利于反应气体的均匀分散。

本实施例中，作为示例，所述用于反应溅射的物理气相沉积设备还包括进气座205，所述进气座205连接于所述网状匀气管路206及反应气体源之间。所述进气座205可以设置于所述腔体201上（可以位于腔体201内或腔体201外，优选位于腔体201的外表面上）且与反应气体源相连通，反应气体自反应气体源先进入所述进气座205，然后再进入到所述网状匀气管路206中，之后通过所述网状匀气管路206上的多个出气孔2061被均匀分散到晶圆210表面。所述进气座205和所述网状匀气管路206可以相互支撑固定，同时根据工艺需要可以调整所述网状匀气管路206和/或所述进气座205的规格，相较于传统的自腔体201侧壁的进气口供气的方式，采用本发明的网状匀气管路206进行供气，不仅更有利于反应气体在晶圆210表面的均匀分布，同时更有利于工艺调节。所述进气座205上可以进一步设置气体流量计和/或流量调节阀，以根据工艺需要调节气体流量。

网状匀气管路在一示例中，如图2所示，所述网状匀气管路206包括两个以上由内向外依次分布的环形管路，所述两个以上环形管路与所述进气座205相连通，且为进一步确保反应气体在晶圆210表面各处的均匀分布，所述网状匀气管路206还可以进一步包括多条（比如为2条、3条或3条以上，较优地为2条，2条跨接管路可以垂直相交）沿所述多个环形管路的径向分布且与所述多个环形管路相连通的跨接管路，所述跨接管路和所述环形管路中至少有一者与所述进气座205直接相连接（优选至少位于最外围的所述环形管路与所述进气座205相连接），而并不严格要求每一条管路都直接连接至所述进气座205，有助于所述网状匀气管路206的结构简化。所述环形管路和所述跨接管路上都分布有多个出气孔2061。当然，需要说明的是，单条跨接管路可以两端与所述环形管路相连通，也可以是仅一端与所述环形管路相连通，或者是部分跨接管路两端与所述环形管路相连通，而部分跨接管路仅一端与所述环形管路相连通，本实施例中并不严格限制。但优选的是所有的跨接管路的两端都与所述多条环形主管路相连通，多个环形管路通过所述跨接管路与所述进气座相连通，有助于反应气体的快速均匀分散。

在另一示例中，如图3所示，所述网状匀气管路206包括环形主管路206a和位于所述环形主管路206a内，且两端与所述环形主管路206a相连通的多个进气支路206b，且所述多条进气支路206b的交叉点优选与所述环形主管路206a的中心点相重合（且所述进气支路206b的长度优选与所述环形主管路206a的内径相同），有助于确保反应气体在晶圆210表面的均匀分布，同时有助于提高所述网状匀气管路206的稳固性。同样地，本示例中，所述环形主管路206a和所述多个进气支路206b中至少有一者与所述进气座205直接相连接，优选至少所述环形主管路206a与所述进气座205相连接。所述进气支路206b可以两端与所述环形主管路206a相连通，也可以是仅一端与所述环形主管路206a相连通，或者是部分进气支路206b两端与所述环形主管路206a相连通，而部分进气支路206b仅一端与所述环形主管路206a相连通，本实施例中并不严格限制，但优选的是所有的进气支路206b的两端都与所述环形主管路206a相连通，有助于反应气体的快速均匀分散。

所述进气座205的数量可以为一个或多个。在一较优的示例中，所述进气座205包括两个，两个所述进气座205对称分布于所述网状匀气管路206的两端，所述进气座205上设置有与反应气体源相连接的进气口（未标示），且所述进气口可以为一个或多个。当然，在其他示例中，所述进气座205也可以为3个或3个以上，比如在图2和图3的示意中，可以设置2个所述进气座205，2个所述进气座205对称设置在最外围的环形主管路206a的两端，或者也可以是4个，4个所述进气座205沿最外围的环形主管路206a的周向等间隔分布。

作为示例，所述网状匀气管路206的管径小于等于5mm，优选为3~5mm，这样不仅可以确保所述网状匀气管路206内的压力平衡，避免因网状匀气管路206管径太小，一旦局部发生堵塞时容易导致网状匀气管路206整体出现故障，同时亦能有效避免因所述网状匀气管路206管径过大可能对所述沉积源的部分沉积粒子造成阻碍而无法扩散到晶圆210表面，导致在所述网状匀气管路206下方对应的晶圆210表面形成阴影区域（即该区域没有沉积薄膜或者沉积膜层偏薄）。同时所述网状匀气管路206的厚度亦小于等于5mm，比如为3~5mm。

作为示例，所述出气孔2061的数量为10~50个，所述出气孔2061的孔径为0.2~0.8mm，既能避免因出气孔2061太小容易导致所述网状匀气管路206堵塞，又能避免因所述出气孔2061太大导致气体分布不够均匀的问题（如果过大则对应出气孔2061下方的气体较多而远离出气孔2061的区域气体则相对不足），且所述多个出气孔2061在所述网状匀气管路206上等间隔分布，所述多个出气孔2061的开口朝向所述晶圆，以确保反应气体能自上而下地分布到晶圆210表面，有助于确保沉积薄膜的特性，比如良好的薄膜方阻均匀性，同时出气孔2061的开口朝向所述晶圆可以避免反应气体扩散到所述沉积源装置附近，进而造成沉积源，比如造成靶材31的中毒，包括靶材31表面被氧化、氮化或者碳化等问题。当然，在其他示例中，在反应气体流量较大的情况下，所述出气孔2061的开口也可以朝向诸如斜下方的方向，本实施例中不做严格限制。

作为示例，图2中所示的多个环形管路或图3中所示的环形主管路可以通过直管上先打孔后折弯的工艺制成，所述直管的横截面为环形，也可以采用机加工加焊接的方法来加工，加工件的横截面为方形，这种机加工方式具有加工尺寸精度高的优点。

作为示例，所述网状匀气管路206与所述基座211的距离为10~50mm，更优选地为40~50mm，这样的间距设置不仅有助于避免因网状匀气管路206与晶圆210距离过近导致反应气体来不及扩散而出现反应气体分布不均匀的问题和避免因网状匀气管路206与晶圆210距离过近导致晶圆210表面形成阴影区域（即该区域没有沉积薄膜或者沉积膜层偏薄），同时也能避免因网状匀气管路206与晶圆210过远容易导致反应气体在腔体201内过于分散而使得晶圆210表面的反应气体不足的问题。

作为示例，所述网状匀气管路206与所述沉积源装置的距离大于等于15mm，优选地为15~20mm，有利于避免因所述网状匀气管路206与所述沉积源装置的距离太小导致所述网状匀气管路206对所述沉积源装置的沉积粒子造成干扰。当然，所述网状匀气管路206与所述沉积源装置的距离的设置还需根据所述腔体201的结构而定，本实施例中不做严格限制。

所述网状匀气管路206上的两个端点间的最大距离可以根据晶圆210尺寸而定，可以略大于晶圆210直径，也可以略小于晶圆210直径，本实施例中，作为示例，该距离为280~320mm。比如如果所述网状匀气管路206是如图2所示的结构，则所述最大距离是指最外围的所述环形管路的内径；而如果所述网状匀气管路206是如图3所示的结构，则所述最大距离是指所述环形主管路206a的内径；如果所述网状匀气管路206是其他诸如线性管路，则所述最大距离是指线性管路上最远两端的距离。

作为示例，所述网状匀气管路206的材质包括但不限于不锈钢、铝合金、钛合金和陶瓷中的一种或多种，且所述网状匀气管路206的表面可进行粗糙化处理，所述粗糙化处理包括但不限于喷砂和铝融射中的一种或两种。通过对所述网状匀气管路206的表面做粗糙化处理，可以增加所述网状匀气管路206表面对沉积薄膜的附着力，避免在长时间溅射后表面出现起皮掉渣、导致腔内颗粒数过多引发的晶圆210污染等问题。

作为示例，所述网状匀气管路206接地。通过将所述网状匀气管路206接地，使得所述网状匀气管路206为地电位。当反应气体中的带电粒子通过网状匀气管路206时，所述网状匀气管路206能将它们的电荷消除，从而将等离子体基本约束在所述沉积源装置与所述网状匀气管路206之间的区域，因而可以有效防止等离子体中的惰性气体离子，比如氩离子轰击晶圆表面造成晶圆损伤。

所述用于反应溅射的物理气相沉积设备可以采用任何合适的方式供应惰性气体，比如于所述腔体201的侧壁上设置惰性气体的供气口，或者惰性气体可以自所述网状匀气管路206供应至所述腔体201内。

作为示例，所述反应气体源包括但不限于氧气、氮气、氨气、甲烷和乙炔中的一种或多种，即本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备尤其适于沉积包括氧化钒薄膜、ITO薄膜、CrSiN薄膜等在内的导电氧化物、氮化物或碳化物薄膜。本发明尤其适于通过改善小流量反应气体（反应气体流量小于等于10sccm）的分布，提高沉积薄膜的方阻均匀性，有助于改善沉积薄膜的品质，提高生产良率。

作为示例，所述沉积源装置包括靶材固定盘203及永磁装置202，所述靶材固定盘203位于所述腔体201的上部，用于承载靶材31，所述靶材31的材质包括但不限于金属、合金、氧化物、氮化物或者碳化物，具体根据工艺需要选择。比如需沉积氧化钒薄膜时，所述靶材31可以是金属钒靶；需要沉积ITO薄膜时，所述靶材31可以是金属氧化物ITO靶；当需要沉积CrSiN薄膜时，所述靶材31可以是合金CrSi靶。所述永磁装置202位于所述靶材固定盘203的上方。靶材31被固定于所述靶材固定盘203上并朝向晶圆210，所述靶材31距离所述基座211的距离为30~100mm，更优选地为80~100mm。所述靶材31可以进一步连接至交流电源或直流电源，即本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备可以是基于交流或直流磁控溅射的物理气相沉积设备。当然，在其他示例中，本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备还可以是非磁控溅射、真空蒸镀、离子镀物理气相沉积设备，因而所述沉积源装置还可以是其他结构，本实施例中并不严格限制，但无论是何种方式的沉积源装置，基于本发明的改进，都可以通过改善气体的分布而有效改善沉积薄膜的品质。

用于反应溅射的物理气相沉积设备采用本实施例的用于反应溅射的物理气相沉积设备有助于提高反应气体向晶圆中心区域的扩散，提升晶圆中心区域的反应气体浓度，从而可以优化反应气体在晶圆表面附近的分布，极大改善导电氧化物、氮化物或碳化物等材质的薄膜的方阻均匀性。

实施例二

如图5所示，本发明还提供另一种结构的用于反应溅射的物理气相沉积设备，本实施例的物理气相沉积设备与实施例一的物理气相沉积设备的主要区别在于，本实施例的物理气相沉积设备中，所述匀气装置还包括气体导流板207，所述气体导流板207位于所述网状匀气管路206和所述基座211之间，且自所述网状匀气管路206延伸至所述基座211表面，同时也是位于所述网状匀气管路206和所述环形压环208之间，通过所述气体导流板207的导流，以将所述网状匀气管路206供应的反应气体均匀分散到所述晶圆210表面。且在进一步的示例中，所述气体导流板207为漏斗状，即所述气体导流板207具有上部开口和下部开口，其下部开口面积小于上部开口面积，所述气体导流板207的下部开口面积大于等于所述晶圆210的表面积（优选等于），而其上部开口面积优选不小于所述网状匀气管路206的有效供气的水平面积，以确保所述网状匀气管路206的出气孔2061供应的反应气体都能通过所述气体导流板207的上部开口进入所述气体导流板207中并沿所述气体导流板207的中间及沿所述气体导流板207的侧壁表面均匀分散到晶圆210表面。所述气体导流板207的材质可以和所述挡板的材质相同。除此之外，本实施例的物理气相沉积设备的其他结构与实施例一的物理气相沉积设备的结构均相同，具体请参考实施例一中的描述，出于简洁的目的不赘述。本实施例中通过所述气体导流板将反应气体引导到晶圆表面，有助于反应气体在晶圆表面的进一步均匀分布，有助于进一步提高反应气体向晶圆中心区域的扩散，提升晶圆中心区域的反应气体浓度，从而可以优化反应气体在晶圆表面附近的分布，有助于提高沉积薄膜的方阻均匀性，尤其是有助于极大改善导电氧化物、氮化物或碳化物等材质的薄膜的方阻均匀性，有助于提高沉积薄膜的品质，提高生产良率。

发明人对本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备的效果进行了验证，该验证过程以实施例一的设备进行。以氧化钒工艺为例，采用传统的物理气相沉积设备进行氧化钒溅射时，设定的工艺参数为：溅射功率DC ＝ 500W、氩气流量 ＝ 100sccm、氧气流量=4sccm、膜厚150nm、方阻约200KΩ，此时溅射的氧化钒薄膜的方阻均匀性为标准偏差=15％，而采用本实施例的物理气相设备，采用同样的工艺参数，即在溅射功率DC ＝ 500W、氩气流量 ＝ 100sccm、氧气流量=4sccm、膜厚150nm、方阻约200KΩ的情况下，溅射出的氧化钒薄膜的方阻均匀性降低至标准偏差=2.5％。由此可以看出，使用本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备制备的氧化钒薄膜能极其有效地改善其方阻均匀性，从而有助于提高非制冷红外传感器的成像效果和产品良率。当然，经试验证实，本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备不仅有助于改善氧化钒薄膜的方阻均匀性，在用于沉积其他的导电氧化物、氮化物或碳化物等材质的薄膜时也表现出同样的优势。

综上所述，本发明提供一种用于反应溅射的物理气相沉积设备，该设备包括腔体、基座、沉积源装置及匀气装置；所述沉积源装置位于所述腔体上部；所述匀气装置位于所述腔体内且位于所述沉积源装置的下方；所述基座位于所述腔体内，用于承载晶圆；所述匀气装置包括网状匀气管路，用于向所述晶圆表面均匀供应反应气体；所述网状匀气管路位于所述晶圆的正上方，所述网状匀气管路包括环形主管路和位于所述环形主管路内，且与所述环形主管路相连通的一个以上直线形或环形进气支路，所述网状匀气管路上分布有多个出气孔。本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备使用新型的结构设计，通过网状匀气管路向腔体内供应反应气体，反应气体自上而下扩散至晶圆表面，而残余的反应气体则通过环状间隙排出，由此可以优化反应气体在晶圆表面的分布，有助于改善沉积薄膜的方阻均匀性，避免晶圆的局部区域，尤其是避免晶圆边缘区域方阻偏高的情况，有助于提高沉积薄膜的品质、提高生产良率。本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备不仅可以用于150mm及以下的小尺寸晶圆的薄膜沉积，同时适用于200mm及以上的大尺寸晶圆的薄膜沉积。同时本发明不仅适用于硅、锗等半导体材质的晶圆的薄膜沉积，同时适用于玻璃等其他材质的晶圆的薄膜沉积。晶圆尺寸越大、对薄膜的均匀性越高，采用本发明的用于反应溅射的物理气相沉积设备的有益效果愈加突出。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于，包括：腔体、基座、沉积源装置、环形压环及匀气装置；所述沉积源装置位于所述腔体上部；所述匀气装置位于所述腔体内且位于所述沉积源装置的下方；所述基座位于所述腔体内，用于承载晶圆；所述匀气装置包括网状匀气管路，用于向所述晶圆表面均匀供应反应气体；所述网状匀气管路位于所述晶圆的正上方，所述网状匀气管路接地；所述网状匀气管路包括环形主管路和位于所述环形主管路内，且与所述环形主管路相连通的一个以上直线形或环形进气支路，所述网状匀气管路上分布有多个出气孔，所述多个出气孔在所述网状匀气管路上等间隔分布，所述多个出气孔的开口朝向所述晶圆；所述环形压环覆盖所述晶圆与所述腔体之间的区域，且所述环形压环与所述晶圆的边缘之间具有环状间隙，以将薄膜沉积过程中的残余气体通过所述环状间隙排出。

2.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述用于反应溅射的物理气相沉积设备还包括进气座，所述进气座连接于所述网状匀气管路及反应气体源之间，所述环形主管路与所述进气座相连通。

3.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述环形主管路的内径为280~320mm。

4.根据权利要求2所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述进气座包括两个，两个所述进气座对称分布于所述网状匀气管路的两端。

5.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述网状匀气管路的管径小于等于5mm，所述出气孔的数量为10~50个，所述出气孔的孔径为0.2~0.8mm。

6.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述网状匀气管路与所述基座的距离为10~50mm。

7.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述网状匀气管路与所述沉积源装置的距离大于等于15mm。

8.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述网状匀气管路的材质包括不锈钢，所述网状匀气管路的表面经过粗糙化处理，所述粗糙化处理包括喷砂和铝融射中的一种或两种。

9.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述反应气体源包括氧气、氮气、氨气、甲烷和乙炔中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述环形压环与所述晶圆的间距为2~6mm。

11.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述腔体包括腔壁及挡板，所述挡板位于所述腔壁内侧，所述挡板的一端与所述腔壁相连接，所述挡板的另一端与所述环形压环相接触。

12.根据权利要求11所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述挡板包括上挡板及位于所述上挡板下方的下挡板，所述网状匀气管路位于所述上挡板和所述下挡板之间。

13.根据权利要求1所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述沉积源装置包括靶材固定盘及永磁装置，所述靶材固定盘位于所述腔体的上部，用于承载靶材，所述永磁装置位于所述靶材固定盘的上方。

14.根据权利要求1-13任一项所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述匀气装置还包括气体导流板，所述气体导流板位于所述匀气管路和所述基座之间，且自所述网状匀气管路延伸至所述基座，用于将所述网状匀气管路供应的反应气体均匀分散到所述晶圆表面。

15.根据权利要求14所述的用于反应溅射的物理气相沉积设备，其特征在于：所述气体导流板为漏斗状，所述气体导流板的下部开口面积大于等于所述晶圆的表面积。

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