CN111041434B - 用于沉积绝缘膜的物理气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于沉积绝缘膜的物理气相沉积设备，包括腔体、基座、挡板、靶材溅射装置及阳极环，基座、挡板及阳极环均位于腔体内；基座用于承载晶圆；靶材溅射装置包括靶材承载盘，靶材承载盘位于腔体顶部，用于承载靶材；挡板位于靶材溅射装置和基座之间，且上下暴露出靶材及基座；阳极环包括主体部和支撑部，支撑部一端位于挡板上方，另一端与主体部相连接，主体部未与支撑部相连接的一端延伸至靶材的外围且与靶材和靶材承载盘均具有间距，主体部具有开口朝下的开槽。本发明可以有效避免阳极消失的问题，有助于改善薄膜沉积均匀性和提高工艺稳定性。还可以极大减少设备需要清洗和更换的频率，有助于大幅度降低生产成本和提高设备产出率。

Description

用于沉积绝缘膜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沉积绝缘膜的物理气相沉积设备。

背景技术

物理气相沉积设备由于沉积效率高，沉积温度低等优点，越来越被广泛应用于沉积各类绝缘膜。物理气相沉积设备在进行沉积时，靶材连上电源后作为阴极，位于腔体内侧的挡板接地作为阳极，氩离子作为电流的载体在腔体内做定向移动，从而形成电流，定向移动的氩离子轰击靶材，使沉积得以顺利进行。但是在沉积绝缘膜的过程中，随着时间的推移，绝缘膜会不断地附着在阳极（挡板相当于阳极）上，形成一层绝缘膜层，在阳极表面被绝缘膜完全覆盖之后，阴极和阳极之间的电路会发生断路现象，即阴极和阳极之间不能有效地形成电流回路（这一现象称之为阳极消失）。阳极一旦消失，氩气就不能有效地电离形成氩离子轰击靶材，从而导致腔内等离子体变得极不稳定，并最终导致薄膜的均匀性变差、沉积速率下降、辉光不稳甚至熄灭的现象。为防止这一现象的发生，现有技术中需要频繁地对阳极（即挡板）进行清洁或更换，以保持阳极表面良好的导电性，从而使沉积工艺能够稳定地进行下去。由于清洁和更换挡板的工作非常复杂繁琐，导致生产成本的上升和设备产出率的下降。

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沉积绝缘膜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在沉积绝缘膜时，随着时间的推移，绝缘膜会不断地附着在阳极（挡板相当于阳极）上，形成一层绝缘膜层，在阳极表面被绝缘膜完全覆盖之后，阴极和阳极之间的电路会发生断路现象，即阴极和阳极之间不能有效地形成电流回路，也即导致阳极消失，从而导致腔内等离子体变得极不稳定，并最终导致薄膜的均匀性变差、沉积速率下降、辉光不稳甚至熄灭等现象，而频繁清洁和更换挡板导致生产成本上升和设备产出率下降等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于沉积绝缘膜的物理气相沉积设备，包括腔体、基座、挡板、靶材溅射装置及阳极环，所述基座、挡板及阳极环均位于所述腔体内；所述基座用于承载晶圆；所述靶材溅射装置包括靶材承载盘，所述靶材承载盘位于所述腔体顶部，用于承载靶材；所述挡板位于所述靶材溅射装置和所述基座之间，且上下暴露出所述靶材及所述基座；所述阳极环包括主体部和支撑部，所述支撑部一端位于所述挡板上方，另一端与所述主体部相连接，所述主体部未与所述支撑部相连接的一端延伸至所述靶材的外围且与所述靶材和所述靶材承载盘均具有间距，其中，所述主体部具有开口朝下的开槽。

可选地，所述开槽为多个，多个所述开槽间隔分布，所述开槽的槽宽为1-3mm。

可选地，所述开槽的上部尺寸大于或者等于下部尺寸。

可选地，所述阳极环还具有辅助槽，位于所述开槽的侧面，且所述辅助槽一端与所述开槽相连通，另一端向背离所述开槽的方向延伸。

可选地，所述开槽的横截面形状包括矩形、跑道型、梯形和优弓形中的一种或多种的结合。

可选地，所述阳极环与所述靶材相邻的表面为斜面，且斜面的转角做倒角处理。

可选地，所述主体部与所述靶材的间距为1-3mm，所述阳极环的内径大于所述基座的直径。

可选地，所述阳极环的材料包括不锈钢、铝合金和钛合金中的一种或多种，所述阳极环的表面经粗糙化处理。

可选地，所述主体部的上表面高于所述支撑部的上表面，所述主体部的下表面不低于所述靶材的下表面；所述物理气相沉积设备还包括密封圈，位于所述主体部的外围且位于所述支撑部的上方。

可选地，所述物理气相沉积设备还包括环形压环，所述环形压环一端与所述挡板相接触，另一端延伸至所述基座的外围上方。

可选地，所述物理气相沉积设备还包括盖板、驱动装置及盖板承载腔，所述盖板承载腔位于所述腔体上且沿远离所述腔体中心的方向延伸；所述驱动装置位于所述腔体内，且与所述盖板相连接，用于在晶圆卸载后，将所述盖板自所述盖板承载腔移动至所述基座的表面。

可选地，所述驱动装置包括旋转柱及承载座，所述旋转柱位于所述基座的一侧，所述承载座一端与所述旋转柱相连接，另一端与所述盖板相连接；所述盖板承载腔的高度与所述旋转柱的高度相对应，所述旋转柱与电机相连接。

可选地，所述盖板的厚度为4-10mm，所述盖板的尺寸大于等于所述基座的尺寸。

可选地，所述盖板的材料包括不锈钢、铝合金和钛合金中的一种或多种，所述盖板的表面经粗糙化处理。

相较于现有技术，本发明的用于沉积绝缘膜的物理气相沉积设备使用新型的结构设计，通过阳极环下表面的开槽形成等离子体的暗区，使得绝缘离子难以完全覆盖至阳极环的内表面，从而使绝缘膜不能完全地将阴极和阳极隔绝开来，可以有效避免阳极消失的问题，使得沉积工艺能持续有效地进行，有助于改善薄膜沉积均匀性和提高工艺的稳定性。此外，本发明还可以极大降低挡板/设备需要清洗和更换的频率，有助于降低生产成本和提高设备产出率。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中的物理气相沉积设备的结构示意图。

图2显示为本发明实施例一中的阳极环的俯视结构示意图。

图3显示为本发明实施例一中的阳极环的截面结构示意图。

图4显示为本发明实施例一中的阳极环沿图3的AA’线方向的一例示性截面结构示意图。

图5显示为本发明实施例一中的阳极环沿图3的AA’线方向的另一例示性截面结构示意图。

图6显示为本发明实施例一中的阳极环沿图3的AA’线方向的又一例示性截面结构示意图。

图7显示为本发明实施例二中的物理气相沉积设备的结构示意图。

图8显示为本发明实施例二中的盖板和驱动装置的连接示意图。

图9显示为本发明实施例三中的物理气相沉积设备的结构示意图。

元件标号说明

11 腔体

12 基座

13 挡板

14 靶材溅射装置

141 靶材承载盘

142 永磁装置

15 阳极环

151 主体部

152 支撑部

153 开槽

154 辅助槽

16 晶圆

17 靶材

18 环形压环

19 盖板

20 驱动装置

201 旋转柱

202 承载座

21 盖板承载腔。

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6所示，本发明提供一种用于沉积绝缘膜的物理气相沉积设备，包括腔体11、基座12、挡板13、靶材溅射装置14及阳极环15，所述基座12、挡板13及阳极环15均位于所述腔体11内；所述基座12用于承载晶圆16，所述基座12可与升降和/或旋转装置相连接（未图示）；所述靶材溅射装置14包括靶材承载盘141，所述靶材承载盘141位于所述腔体11顶部，用于承载靶材17；所述挡板13位于所述靶材溅射装置14和所述基座12之间，且上下暴露出所述靶材17及所述基座12；所述阳极环15包括主体部151和支撑部152，所述支撑部152一端位于所述挡板13上方，另一端与所述主体部151相连接，所述主体部151未与所述支撑部152相连接的一端延伸至所述靶材17的外围且与所述靶材17和所述靶材承载盘141均具有间距，其中，所述主体部151具有开口朝下的开槽153。通过阳极环下表面的开槽形成等离子体的暗区，使得绝缘离子难以完全覆盖至阳极环的内表面，从而使绝缘膜不能完全地将阴极和阳极隔绝开来，可以有效避免阳极消失的问题，使得沉积工艺能持续有效地进行，有助于改善薄膜沉积均匀性和提高沉积速率。此外，本发明还可以极大降低挡板/设备清洗和更换的频率，有助于降低生产成本和提高设备产出率。

作为示例，所述开槽153沿所述阳极环15的周向分布，且所述开槽153优选为连续封闭的槽，即所述开槽153形成一个圆状，当然，在其他示例中，所述开槽153也可以是不连续的，即所述开槽153可以为间隔的多段，但设置为连续可以确保所述开槽153具有较大的内表面积，降低表面被绝缘粒子覆盖的可能。

作为示例，所述靶材溅射装置14包括靶材17固定盘，所述靶材17固定盘位于所述腔体11的上部，用于承载靶材17，靶材17被固定于所述靶材17固定盘上并朝向晶圆16，所述靶材17可以进一步连接至交流电源或脉冲直流电源作为阴极。所述靶材17的材质根据工艺需要选择，比如需沉积氧化钒薄膜时，所述靶材17可以是金属钒靶；需要沉积SiO₂薄膜时，所述靶材17可以是硅；当需要沉积AlN薄膜时，所述靶材17可以是铝。本发明可以是基于非磁控溅射的物理气相沉积设备，而在另一示例中，所述靶材溅射装置14还包括永磁装置142，所述永磁装置142位于所述靶材17固定盘的上方，即本发明可以是基于磁控溅射的物理气相沉积设备。

所述挡板13优选为环形挡板13，位于所述腔体11内侧以对所述腔体11形成良好的保护，其上下开口的面积不小于所述靶材17的表面积（考虑到靶材17在沉积过程中不断被消耗，此处的表面积是指靶材17的沉积初始的表面积）和所述基座12的表面积以确保所述靶材17和所述基座12上下对应。所述挡板13内的空间为沉积腔体，靶材17溅射后产生的粒子经过此空间沉积到晶圆16表面形成薄膜。所述挡板13为金属材质，在沉积工艺中接地以形成阳极。由于挡板13完全暴露在等离子体氛围内，因而经长期的沉积工艺后，绝缘膜会不断地附着在挡板13上，形成一层绝缘膜层，当挡板13表面被绝缘膜完全覆盖之后，阴极和阳极之间的电路会发生断路现象，即阴极和阳极之间不能有效的形成电流回路（这一现象称之为阳极消失）。阳极一旦消失，氩气就不能有效地电离形成氩离子轰击靶材17，从而导致腔内等离子体变得极不稳定，并最终导致薄膜的均匀性变差、沉积速率下降、辉光不稳定甚至熄灭的现象，故现有技术中需定期拆下挡板13进行清洁乃至更换。由于挡板13的价格贵，清洁费用较高，导致生产成本的上升和设备产出率的下降。而本发明针对此类问题提出了改善对策。本发明在靶材外围增设阳极环，阳极环不在溅射粒子通过的路径上，所以阳极环的表面（包括开槽的内表面）被绝缘膜完全覆盖的可能性极低，同时阳极环也不会阻碍粒子沉积到晶圆表面；由此可以极大延长阳极环的使用寿命，降低阳极环的清洗和更换频率；另外阳极环的体积相较于挡板要小得多，不仅单价更低，同时清洗和更换作业也更加简单，可以有效降低生产成本，提高设备产出率。

所述阳极环15的材质为导电材料，包括但不限于不锈钢、铝合金和钛合金中的一种或多种，为进一步减少粒子完全覆盖其表面的可能以及增加对溅射粒子的附着力，所述阳极环15的表面可以经粗糙化处理。

如图2和图3所示，所示阳极环15的主体部151和支撑部152优选为一体成型结构。所述支撑部152可以与所述挡板13直接接触，因而在所述挡板13接地后，所述阳极环15通过与所述挡板13的接触而实现接地而成为阳极。当然，在其他示例中，所述阳极环15和所述挡板13之间也可以设置橡胶环等缓冲层以减少所述阳极环15和所挡板13之间的摩擦，同时避免所述阳极环15和所挡板13发生相对位移，此时所述阳极环15可以直接接地。

为进一步提高所述阳极环15的使用寿命，作为示例，如图4所示，所述开槽153为多个，比如为2个，3个或更多个，多个所述开槽153沿所述阳极环15的径向间隔分布，所述开槽153可以均匀间隔分布或非均匀间隔分布。在进一步的示例中，所述开槽153的槽宽（沿其径向的宽度）为1-3mm（包括端点值，本说明书中涉及数值区间均包括端点值，后续不再说明），所述开槽153的深度可以根据所述靶材承载盘141和所述靶材17的高度而定，但较优地选择为大于等于2mm，比如为2~7mm，这样的尺寸设计在确保所述阳极环15容易加工的同时，更重要的是可以确保不发生电离，降低开槽153的表面被绝缘膜覆盖的概率，可以有效延长阳极环15的使用寿命。当然，需要说的是，如果所述开槽153各处尺寸不一致，则该尺寸是指开槽153最小处的槽宽。

作为示例，所述开槽153的上部尺寸大于等于下部尺寸（优选上部尺寸大于下部尺寸），较小的开口可以进一步抑制沉积粒子进入所述开槽153内，避免所述阳极环15内表面完全被绝缘膜覆盖。

如图5所示，在进一步的示例中，所述阳极环15还具有辅助槽154，位于所述开槽153的侧面，且所述辅助槽154一端与所述开槽153相连通，另一端向背离所述开槽153的方向延伸，所述辅助槽154可以仅位于所述开槽153的一侧或两侧，或者还可以位于所述开槽153的上端，位于不同开槽153一侧或两侧的辅助槽154的排布，包括辅助槽154的数量、形状、大小、不同辅助槽154之间的间距等可以相同或不同，所述辅助槽154的截面结构可以是矩形、跑道型、三角形、梯形或其他任意形状，本实施例中不做严格限制。

如图6所示，在另一示例中，所示开槽153的截面形状为梯形（沿所述阳极环15的周向的截面形状），当然，在其他示例中，所述开槽153的横截面形状还可以是矩形、跑道型、梯形和优弓形（圆形被截去一端的结构）中的一种或多种的结合，比如上半部呈半圆形而下半部呈梯形，本实施例中不做严格限制。

为使所述阳极环15在与所述靶材17和所述靶材承载盘141具有间距的同时使所述阳极环15与所述靶材17各处的间距尽量相同，作为示例，所述阳极环15与所述靶材17相邻的表面为斜面（具体可以参考图4-6），且在进一步的示例中，该斜面的转角做倒角处理，以避免安装和卸载阳极环15的过程中和靶材17接触造成刮伤以及造成工作人员的刮伤。

作为示例，所述主体部151与所述靶材17的间距为1-3mm，所述阳极环15的内径大于所述基座12的直径，比如，所述阳极环15的内径可以为330mm-350mm，外径可以为380mm-410mm。

作为示例，所述主体部151的上表面高于所述支撑部152的上表面，即在所述支撑部152和所述靶材承载盘141之间具有间距，所述主体部151的下表面与所述靶材17的下表面相平齐；所述物理气相沉积设备还包括密封圈（未图示），位于所述主体部151的外围且位于所述支撑部152的上方，即所述密封圈密封在所述靶材承载盘141和所述支撑部152之间，不仅有助于进一步避免所述阳极环15和所述靶材17及所述靶材承载盘141的接触，同时有利于所述阳极环15的固定。所述主体部151的下表面不低于所述靶材17的下表面（或者说所述主体部151的下表面所在的水平面不低于所述靶材17的下表面所在的水平面），比如可以与所述靶材17的下表面相平齐或高于靶材17的下表面（参考图1所示），避免所述阳极环15阻碍靶材17粒子的运动。

作为示例，所述物理气相沉积设备还包括环形压环18，所述环形压环18一端与所述挡板13相接触，另一端延伸至所述基座12的外围上方，所述环形压环18与所述晶圆16具有间距，该间距可以用做物理气相沉积中的残余气体的流通通道。

本发明的物理气相沉积可以用于普通的物理气相沉积工艺，但尤其是在用于沉积绝缘膜时优点尤为突出。发明人经多次实验发现，使用本发明的物理气相沉积设备在用于沉积包括Si₃N₄，Al₂O₃，AlN等在内的绝缘膜时，可以有效解决阳极消失的问题和阳极逐渐消失过程中出现的沉积速率变慢、工艺稳定性和薄膜均匀性变差等问题，挡板的清洗和更换周期可以延长10倍以上，设备的产出率至少可以提升50%以上而配件成本（包括挡板的清洁和更换等成本）可以降低30%以上。

实施例二

如图7所示，本发明还提供另一种结构的可用于沉积绝缘膜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区别主要在于，实施例一中的物理气相沉积设备具有阳极环15，通过阳极环15来避免阳极消失，而本实施的物理气相沉积设备没有阳极环15，但本实施例的物理气相沉积设备具有盖板19、驱动装置20及盖板承载腔21，所述盖板承载腔21位于所述腔体11上且沿远离所述腔体11中心的方向延伸；所述驱动装置20位于所述腔体11内，且与所述盖板19相连接，用于在晶圆16卸载后，将所述盖板19自所述盖板承载腔21移动至所述基座12的表面。本发明的物理气相沉积设备通过设置盖板19和驱动装置20，在腔体11完成一定厚度的绝缘膜沉积工艺后，比如0.5 - 5um，可以将盖板19从盖板承载腔21旋转到基座12上表面以对基座12进行保护，然后改变进气方式，比如在沉积SiO₂膜时，改变进气方式，停止通入O₂进入腔体11参与反应，但仍保留氩气，靶材Si原子被Ar粒子轰击下来，从而在挡板13表面镀上一层导电膜而避免导电膜沉积在基座12表面，由此可以有效避免Si靶材表面SiO₂层附着过多，导致沉积速率变慢的问题；同时在挡板13表面镀上一层导电膜，可以起到避免阳极被绝缘膜完全覆盖导致阳极消失的现象发生，由此可以降低挡板13更换和清洗频率，从而可以大幅提高生产效率，降低生产成本。

如图7所示，所述驱动装置20包括旋转柱201及承载座202，所述旋转柱201位于所述基座12的一侧，所述承载座202一端与所述旋转柱201相连接，另一端与所述盖板19相连接；所述盖板承载腔21的高度与所述旋转柱201的高度相对应，所述旋转柱201与电机相连接（电机位于所述腔体11外，未图示）。在晶圆16已自基座12表面卸载，需要对所述挡板13表面沉积导电膜时，所述盖板19在所述驱动装置20及电机的共同作用下移动到所述基座12的上表面直至将所述基座12表面完全覆盖。所述盖板19的尺寸大于等于所述基座12的尺寸而所述盖板19的厚度优选为4-10mm。当然，导电膜的沉积过程需要通过设备的控制装置（未图示）来实现，控制装置用于控制整个物理气相沉积工艺，包括气体的供应和中断、气体流量控制，晶圆16的装载和卸载、等离子体的起辉等等，而在本实施例的物理气相沉积设备中，控制装置还多了一项工作，就是在完成预定时长的工艺沉积后改变进气方式以在所述挡板13的表面沉积一层导电膜，之后将所述盖板19退回至所述盖板承载腔21中，基座12回复原位，开始下一个周期的物理气相沉积工艺。

作为示例，所述旋转柱201、承载座202和所述盖板19的材料包括但不限于不锈钢、铝合金和钛合金中的一种或多种，所述盖板19的表面经粗糙化处理，比如经喷砂或熔射中的一种或多种处理。

所述盖板承载腔21的高度与所述基座12的高度相对应，通常不低于所述基座12的高度，因而在需沉积导电膜时很容易移动到所述基座12的上表面。

所述盖板19可以为一体结构，比如为表面积大于等于基座12表面积的圆形（盖板有一定厚度，故亦可以称之为圆柱形），而在其他示例中，所述盖板19可以为两个半圆状，相应地所述盖板承载腔21为两个，两个所述盖板承载腔21位于所述腔体11的对应两侧，且所述驱动装置20为2个，位于所述基座12的两侧，以在需要时同时从所述基座12的两侧驱动所述盖板19移动到所述基座12的上表面，共同实现覆盖所述基座12的效果。当然，在其他示例中，所述盖板19、盖板承载腔21和驱动装置20还可以为3个、4个或更多个，本实施例中不做严格限制，但采用一个有助于简化设备结构。

为使本实施例的技术方案和优点更加清楚，下面对本实施例的物理气相沉积设备的使用做一个示例性说明：

在采用本实施例的物理气相沉积设备给晶圆镀SiO₂膜时，每完成一片晶圆的薄膜沉积，或者每完成0.5-2.5um的薄膜沉积工艺后就卸载晶圆，然后通过控制所述旋转柱的旋转，将盖板从盖板承载腔内转动到基座的正上方，然后往腔体里面通入氩气，通过溅射（包括但不限于磁控溅射）给挡板外表面镀上一层Si膜，镀膜时间为30-120 sec，靶材功率为1-2kw，因为Si导电，这样做能有效地给挡板镀上一层导电膜，防止阳极完全被绝缘膜覆盖。本实施例的物理气相沉积设备在用于沉积包括Si₃N₄，Al₂O₃，AlN等在内的绝缘膜时，同样可以有效解决阳极消失的问题和阳极逐渐消失过程中出现的沉积速率变慢、工艺稳定性和薄膜均匀性变差等问题，挡板的清洗和更换周期同样可以有效延长，设备的产出率可以显著提高。

除上述区别外，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其他结构基本相同，具体请参考实施例一，出于简洁的目的不赘述。

实施例三

如图9所示，本发明还提供另一种结构的物理气相沉积设备。本实施例的物理气相沉积设备同时具有实施例一中的物理气相沉积设备的阳极环和实施例二的物理气相沉积设备的盖板、盖板承载腔和驱动装置，且在具体结构的设置上分别与实施例一和实施例二相同，详细的内容还请参考实施例一和实施例二中的描述，出于简洁的目的不赘述。本实施例的物理气相沉积设备结合了实施例一和实施例二的物理气相沉积设备的优点（在挡板上沉积导电膜的同时还可以沉积在阳极环上），可以更加有效地解决阳极消失的问题和阳极逐渐消失过程中出现的沉积速率变慢、工艺稳定性和薄膜均匀性变差等问题，挡板的清洗和更换周期可以进一步延长，设备的产出率可以进一步提高。

实施例四

本发明还提供一种物理气相沉积方法，所述物理气相沉积方法在完成绝缘膜的沉积后，在挡板或挡板和阳极环的表面沉积导电膜，不仅有助于避免阳极消失的问题和阳极逐渐消失过程中出现的沉积速率变慢、工艺稳定性和薄膜均匀性变差等问题，降低挡板或挡板和阳极环的清洗和更换频率，即在改善薄膜沉积均匀性和沉积效率的同时，还有助于降低生产成本，提高设备产出率。

具体地，本实施例的物理气相沉积方法可以基于实施例二或实施例三的物理气相沉积设备实现（对相关设备的描述请参考实施例二和实施例三，出于简洁的目的不赘述）。比如在完成预定厚度的绝缘膜沉积后，通过控制所述旋转柱的旋转，将盖板从盖板承载腔内转动到基座的正上方，然后改变进气方式，比如往腔体里面通入氩气，通过溅射（包括但不限于磁控溅射）给挡板外表面镀上一层导电膜（比如Si膜，Al膜等，具体取决于沉积所述绝缘膜时使用的靶材），经预设的镀膜时间（比如为30-120 sec），采用预定的靶材功率（可与沉积绝缘膜的功率相同或不同，比如为1-2kw）。通过给挡板或挡板和阳极环的表面镀上一层导电膜，防止阳极完全被绝缘膜覆盖。在阳极表面沉积导电膜后，可以继续下一次的绝缘膜沉积，从而可以有效解决阳极消失的问题和阳极逐渐消失过程中出现的沉积速率变慢、工艺稳定性和薄膜均匀性变差等问题。即采用本实施例的物理气相沉积方法，有助于提高沉积效率、改善薄膜均匀性。本实施例的物理气相沉积方法可广泛适用于靶材为导电材质的绝缘膜的物理气相沉积工艺中，包括Si₃N₄，Al₂O₃，AlN等在内的绝缘膜。

综上所述，本发明提供一种用于沉积绝缘膜的物理气相沉积设备，包括腔体、基座、挡板、靶材溅射装置及阳极环，所述基座、挡板及阳极环均位于所述腔体内；所述基座用于承载晶圆；所述靶材溅射装置包括靶材承载盘，所述靶材承载盘位于所述腔体顶部，用于承载靶材；所述挡板位于所述靶材溅射装置和所述基座之间，且上下暴露出所述靶材及所述基座；所述阳极环包括主体部和支撑部，所述支撑部一端位于所述挡板上方，另一端与所述主体部相连接，所述主体部未与所述支撑部相连接的一端延伸至所述靶材的外围且与所述靶材和所述靶材承载盘均具有间距，其中，所述主体部具有开口朝下的开槽。通过阳极环下表面的开槽形成等离子体的暗区，使得绝缘离子难以完全覆盖至阳极环的内表面，从而使绝缘膜不能完全地将阴极和阳极隔绝开来，可以有效避免阳极消失的问题，使得沉积工艺能持续有效地进行，有助于改善薄膜沉积均匀性、工艺稳定性和提高沉积速率。此外，本发明还可以极大降低挡板/设备需要清洗和更换的频率，有助于降低生产成本和提高设备产出率。本发明尤其适用于沉积包括Si₃N₄，Al₂O₃，AlN等在内的绝缘膜。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 (13)

1.一种用于沉积绝缘膜的物理气相沉积设备，其特征在于，包括：腔体、基座、挡板、靶材溅射装置及阳极环，所述基座、挡板及阳极环均位于所述腔体内；所述基座用于承载晶圆；所述靶材溅射装置包括靶材承载盘，所述靶材承载盘位于所述腔体顶部，用于承载靶材；所述挡板位于所述靶材溅射装置和所述基座之间，且上下暴露出所述靶材及所述基座；所述阳极环包括主体部和支撑部，所述支撑部一端位于所述挡板上方且与所述挡板相接触，另一端与所述主体部相连接，所述主体部未与所述支撑部相连接的一端延伸至所述靶材的外围且与所述靶材和所述靶材承载盘均具有间距，其中，所述主体部具有开口朝下的开槽，所述阳极环还具有辅助槽，位于所述开槽的侧面，且所述辅助槽一端与所述开槽相连通，另一端向背离所述开槽的方向延伸；所述阳极环用于避免阳极消失。

2.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述开槽为多个，多个所述开槽间隔分布，所述开槽的槽宽为1-3mm。

3.根据权利要求2所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述开槽的上部尺寸大于或者等于下部尺寸。

4.根据权利要求2所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述开槽的横截面形状包括矩形、跑道型、梯形和优弓形中的一种或多种的结合。

5.根据权利要求2所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述阳极环与所述靶材相邻的表面为斜面，且斜面的转角做倒角处理。

6.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述主体部与所述靶材的间距为1-3mm，所述阳极环的内径大于所述基座的直径。

7.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述阳极环的材料包括不锈钢、铝合金和钛合金中的一种或多种，所述阳极环的表面经粗糙化处理。

8.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述主体部的上表面高于所述支撑部的上表面，所述主体部的下表面不低于所述靶材的下表面；所述物理气相沉积设备还包括密封圈，位于所述主体部的外围且位于所述支撑部的上方。

9.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述物理气相沉积设备还包括环形压环，所述环形压环一端与所述挡板相接触，另一端延伸至所述基座的外围上方。

10.根据权利要求1-9任一项所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述物理气相沉积设备还包括盖板、驱动装置及盖板承载腔，所述盖板承载腔位于所述腔体上且沿远离所述腔体中心的方向延伸；所述驱动装置位于所述腔体内，且与所述盖板相连接，用于在晶圆卸载后，将所述盖板自所述盖板承载腔移动至所述基座的表面。

11.根据权利要求10所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述驱动装置包括旋转柱及承载座，所述旋转柱位于所述基座的一侧，所述承载座一端与所述旋转柱相连接，另一端与所述盖板相连接；所述盖板承载腔的高度与所述旋转柱的高度相对应，所述旋转柱与电机相连接。

12.根据权利要求10所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述盖板的厚度为4-10mm，所述盖板的尺寸大于等于所述基座的尺寸。

13.根据权利要求10所述的物理气相沉积设备，其特征在于：所述盖板的材料包括不锈钢、铝合金和钛合金中的一种或多种，所述盖板的表面经粗糙化处理。

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