CN111455332B - 溅射腔室 - Google Patents

Abstract

本揭露涉及溅射腔室。一种溅射腔室包括基座、进气口、出气口和内衬结构。基座置于溅射腔室内，用于承载工作件。进气口置于基座的上方，进气口用于至少通入反应气体和溅射气体，其中反应气体与溅射气体的气体流量比例小于1，且溅射腔室的工作压力低于10mTorr。出气口置于基座的下方，出气口用于与抽气装置连接以将溅射腔室维持在预定的环境。内衬结构置于溅射腔室内且于加工时环绕基座以形成反应区，内衬结构将进气口和出气口隔离并在溅射腔室内形成相互独立的进气通道和出气通道，进气通道连通进气口和反应区，出气通道连通反应区和出气口，其中内衬结构用于使反应气体在反应区内均匀分布。

Description

溅射腔室

技术领域

本发明是有关一种溅射腔室，详细来说，是一种使反应气体在反应区内均匀分布的溅射腔室。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术被广泛应用于镀膜行业，PVD除了可以沉积金属薄膜，还可以用于二元金属氧化物如氧化钛、氧化钽和二氧化硅的沉积。腔室内除了通入溅射气体如氩气，需同时通入反应气体如氧气。氧气通入腔室的均匀性性，以及氧气能否充分地被利用以参与反应将直接影响沉积薄膜后的膜厚的均匀性以及薄膜的其他性能，所以腔室的进气结构以及腔室溅射区域的结构设计将影响沉积薄膜的性能。

发明内容

本发明公开一种溅射腔室来解决背景技术中的问题，以提高反应气体的利用率并使反应气体在腔室的反应区内均匀分布。

依据本发明的一实施例，揭露一种溅射腔室，所述溅射腔室包括基座、进气口、出气口和内衬结构。所述基座置于所述溅射腔室内，用于承载工作件。所述进气口置于所述基座的上方，所述进气口用于至少通入反应气体和溅射气体，其中所述反应气体与所述溅射气体的气体流量比例小于1，且所述溅射腔室的工作压力低于10mTorr。所述出气口置于所述基座的下方，所述出气口用于与抽气装置连接以将所述溅射腔室维持在预定的环境。所述内衬结构置于所述溅射腔室内且于加工时环绕所述基座以形成反应区，所述内衬结构将所述进气口和所述出气口隔离并在所述溅射腔室内形成相互独立的进气通道和出气通道，所述进气通道连通所述进气口和所述反应区，所述出气通道连通所述反应区和所述出气口，其中所述内衬结构用于以使所述反应气体在所述反应区内均匀分布。

依据本发明的一实施例，所述内衬结构包括第一部件，所述第一部件包括第一延伸部、第二延伸部、第三延伸部及第四延伸部。所述第一延伸部设置于所述进气口与所述基座之间，所述第一延伸部自所述溅射腔室的顶部向所述溅射腔室的底部延伸并形成第一桶状结构，以于加工时环绕所述基座形成所述反应区。所述第一延伸部具有多个第一开口，以使至少所述反应气体通过所述多个第一开口进入所述反应区。所述第二延伸部自所述第一延伸部的底端向所述基座延伸并形成第一环状。所述第三延伸部自所述第一环状的内缘向所述溅射腔室的顶部延伸并形成第二桶状结构。所述第三延伸部具有多个第二开口，以使至少所述反应气体通过所述多个第二开口排出所述反应区。所述第四延伸部自所述第一延伸部延伸至所述溅射腔室的侧壁并形成第二环状。

依据本发明的一实施例，所述内衬结构还包括第二部件，所述第二部件设置于所述多个第一开口和所述进气口之间并形成第三桶状结构，以遮挡所述进气口。所述第二部件自所述溅射腔室的顶部向所述溅射腔室的底部延伸，并延伸至所述多个第一开口之下，且所述第二部件的底端与所述第四延伸部之间具有第一间距。

依据本发明的一实施例，所述第一间距的取值范围为10mm至30mm。

依据本发明的一实施例，所述内衬结构还包括第二部件，所述第二部件设置于所述多个第一开口和所述进气口之间并形成第三桶状结构，以遮挡所述进气口。所述第二部件自所述第四延伸部向所述溅射腔室的顶部延伸，并延伸至所述多个第一开口之上，所述第二部件的顶端与所述溅射腔室的顶部之间具有第一间距。

依据本发明的一实施例，所述第一间距的取值范围为15mm至18mm。

依据本发明的一实施例，所述内衬结构还包括第三部件，所述第三部件设置于所述第三延伸部和所述反应区之间。所述第三部件包括第一部分和第二部分。所述第一部分自所述基座向所述第一延伸部延伸并环绕所述基座形成第三环状，所述第三环状的外缘与所述第一延伸部之间具有第二间距。所述第二部分自所述第三环状的外缘向所述第二延伸部延伸并延伸至所述多个第二开口之下，形成环绕所述第三延伸部的第四桶状结构，所述第四桶状结构的下端与所述第二延伸部之间具有第三间距。

依据本发明的一实施例，所述第二间距的取值范围为50mm至80mm。

依据本发明的一实施例，所述第三间距的取值范围为10mm至30mm。

依据本发明的一实施例，所述进气通道包括第一气体通路及第二气体通路。所述第一气体通路介于所述进气口和所述第二部件之间。所述第二气体通路介于所述第二部件和所述第一延伸部之间，所述第二气体通路与所述第一气体通路通过所述第一间距连通。所述出气通道包括第三气体通路及第四气体通路。所述第三气体通路介于所述第二部分和所述第三延伸部之间，所述第三气体通路与所述反应区通过所述第二间距及所述第三间距连通。所述第四气体通路介于所述内衬结构和所述出气口之间，所述第四气体通路与所述第三气体通路通过所述多个第二开口连通。至少所述反应气体经所述进气口通入至所述溅射腔室内，依次流经所述第一气体通路、所述第二气体通路、所述反应区、所述第三气体通路及所述第四气体通路向所述出气口流动。

依据本发明的一实施例，所述进气口设置于所述溅射腔室的上部侧壁，所述出气口设置于所述溅射腔室的底部或下部侧壁。

依据本发明的一实施例，所述多个第一开口和所述溅射腔室的顶部之间具有第一距离，所述多个第一开口和所述工作件之间具有第二距离，其中所述第一距离和所述第二距离的比例为2∶3至3∶2。

依据本发明的一实施例，所述第一距离和所述第二距离的总和的取值范围为60mm至100mm。

依据本发明的一实施例，所述溅射腔室还包括靶材和环形的适配件。所述适配件设置于所述溅射腔室的顶部，用于连接所述靶材。所述适配件内具有环形通道和多个通孔，所述多个通孔均匀分布于所述适配件的内侧并与所述环形通道连通，所述进气口设置于所述适配件的外侧并与所述环形通道连通。至少所述反应气体经所述进气口、所述环形通道和所述多个通孔导入至所述溅射腔室中。

依据本发明的一实施例，所述环形通道的内径为0.25时。

本揭露之溅射腔室包括特殊设计的内衬结构，因此，当反应气体的量少时，亦即反应气体的通入量小于溅射气体的通入量时，例如，反应气体与溅射气体的气体流量比例小于1，且溅射腔室的工作压力低于10mTorr，仍能提高反应气体的利用率并使反应气体在反应区均匀分布，以与靶材的粒子进行充分的反应，同时本揭露之溅射腔室的内衬结构完整地隔离了反应区和进气口及出气口，故可避免溅射腔室的内壁和抽气装置受到污染。

附图说明

图1是依据本发明一实施例之溅射腔室的示意图。

图2A是依据本发明一实施例之适配件的上视图。

图2B是依据本发明一实施例之适配件的示意图。

图2C是依据本发明一实施例之适配件的剖视图。

图3A是依据本发明一实施例之内衬结构中第一部件的示意图。

图3B是依据本发明一实施例之内衬结构中第二部件的示意图。

图3C是依据本发明一实施例之内衬结构中第三部件的示意图。

图4是依据本发明另一实施例之溅射腔室的示意图。

图5A是依据本发明一实施例之内衬结构中第一部件的示意图。

图5B是依据本发明一实施例之内衬结构中第一部件和第二部件的示意图。

图6是依据本发明另一实施例之溅射腔室的示意图。

具体实施方式

以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触；且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间，而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外，本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。

再者，在此处使用空间上相对的词汇，譬如「之下」、「下方」、「低于」、「之上」、「上方」及与其相似者，可能是为了方便说明图中所绘示的一组件或特征相对于另一或多个组件或特征之间的关系。这些空间上相对的词汇其本意除了图中所绘示的方位之外，还涵盖了装置在使用或操作中所处的多种不同方位。可能将所述设备放置于其他方位(如，旋转90度或处于其他方位)，而这些空间上相对的描述词汇就应该做相应的解释。

虽然用以界定本申请较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，「约」通常系指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、1％或0.5％之内。或者是，「约」一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内，视本申请所属技术领域中具有通常知识者的考虑而定。当可理解，除了实验例之外，或除非另有明确的说明，此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过「约」的修饰。因此，除非另有相反的说明，本说明书与附随申请专利范围所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。在此处，将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间；除非另有说明，此处所述的数值范围皆包括端点。

溅射技术除了可以沉积金属薄膜，还可以用于二元金属氧化物的沉积。当进行二元金属氧化物的沉积时，溅射腔室内除了通入溅射气体(如氩气)，需同时通入反应气体(如氧气)。通过改变通入腔室内溅射气体和反应气体的比例，可改变沉积薄膜内金属原子和反应气体的原子组成比例，从而调整薄膜性能。

当进行富氧工艺时，需增加反应气体通入量的比例，亦即，需增加氧气通入量的比例。当进行欠氧工艺时，需减少反应气体通入量的比例，亦即需减少氧气通入量的比例。

在欠氧工艺中，因氧气通入溅射腔室的量大幅减少，大量减少的氧气在溅射腔室各区域能否充分地被利用以参与反应将直接影响沉积薄膜后的膜厚的均匀性以及薄膜的性能，所以溅射腔室的结构设计将影响沉积薄膜的性能。因此，亟需一种能提高反应气体的利用率并使反应气体均匀分布的溅射腔室，以解决上述问题。

在本揭露中，溅射腔室包括特殊设计的内衬结构，因此，可提高反应气体的利用率并提升反应气体通入腔室的均匀性，以使腔室各区域的反应气体皆能与靶材的粒子进行充分反应，来形成均匀的薄膜。此外，在达到反应气体分布均匀性的同时，本揭露之溅射腔室的内衬结构全面地隔离了反应区和进气口及出气口，故可避免溅射腔室的内壁和抽气装置受到溅射污染。

图1是依据本发明一实施例之溅射腔室1的示意图。溅射腔室1是应用在对工作件(如晶圆)进行加工的等离子体系统中。举例来说，等离子体系统是一种溅射装置，用于对工作件(如晶圆)进行薄膜沉积。举例来说，等离子体系统是一种磁控溅射装置，而溅射腔室1是应用于磁控溅射装置的溅射腔室。如图1所示，溅射腔室1包括基座12、进气口14、出气口16和内衬结构20。基座12置于溅射腔室1内，用于承载工作件18。进气口14和出气口16分别置于基座12的上方和下方，并相对于工作件18设置。内衬结构20置于溅射腔室1内且环绕基座12，其中内衬结构20将进气口14和出气口16隔离。需说明的是，出气口16是指溅射腔室1内气体抽离溅射腔室1的最终出口。

以下针对本发明提供的溅射腔室1中各部件的结构进行说明。

图1绘示的是溅射腔室1准备进行溅射工艺时(加工时)的溅射腔室配置图。一般来说，在溅射腔室1开始溅射工艺之前(加工前)，机械手(图未示)会通过传片口(图未示)将工作件18放置在基座12上。当机械手移出基座12上方区域后，基座12会上升至进行溅射工艺的位置，亦即图1中的位置，以对工作件18进行加工。

溅射腔室1以基座12的位置为基准区分为上部和下部。详细来说，溅射腔室1是以加工时的基座12位置作为基准，将进气口14和出气口16分别设置于溅射腔室1的上部和下部。溅射腔室1的上部包括溅射腔室1的顶部和溅射腔室1上部的侧壁，而溅射腔室1的下部包括溅射腔室1的底部和溅射腔室1下部的侧壁。在一些实施例中，进气口14设置于溅射腔室1的上部侧壁，出气口16设置于溅射腔室1的底部或下部侧壁。需说明的是，虽然在本实施例中，溅射腔室1是以加工时的基座12位置作为基准，并将进气口14和出气口16分别设置于溅射腔室1的上部和下部，然而此并非本发明的一限制。在其他实施例中，无论是将工作件(晶圆)传送至基座12的过程、基座12上升至加工位置的过程、或溅射腔室1对工作件(晶圆)进行加工的过程中，进气口14皆位于基座12的上方，且出气口16皆位于基座12的下方。

进气口14可用于通入反应气体32、溅射气体34或其混合气体。在一些实施例中，进气口14仅用于通入溅射气体34。在其他实施例中，进气口14用于同时通入反应气体32和溅射气体34。在本实施例中，进气口14用于通入反应气体32和溅射气体34的混合气体，但本揭露不以此为限。

在图1的实施例中，溅射腔室1用于对工作件(如晶圆)进行欠氧工艺。相应地，在本实施例中，反应气体32与溅射气体34的气体流量比例小于1，且溅射腔室1的工作压力低于10毫托(mTorr)。亦即，反应气体32的流量小于溅射气体34的流量，且反应气体32和溅射气体34两者在溅射腔室1内的总压力小于10mTorr。然而，此并非本发明的一限制，在其他实施例中，溅射腔室用于对工作件(如晶圆)进行其他加工工艺。

举例而言，PVD工艺包括磁控溅射(magnetron sputtering)，磁控溅射一般需在真空环境中进行。在溅射腔室1内进行PVD工艺时，靶材36固定在溅射腔室1的顶部，磁铁(图未示)安装在靶材36的背面，通过磁场增强束缚电子的能力。在工作件18和靶材36之间通入反应气体32和溅射气体34等气体，并对靶材36施加负电压，使得反应气体32和溅射气体34等气体电离产生等离子体。

溅射气体34的离子撞击或轰击靶材36，以产生靶材36的粒子原子或离子。溅射气体34不会与靶材36产生化学反应，仅用物理方式撞击出靶材36的原子、分子或离子，以使靶材36的粒子沉积在工作件18上并形成薄膜。靶材36可为金属或其他适合材料，例如：钛、钽或硅等。溅射气体34可为氩气(Ar)，但本揭露不以此为限。

当进行二元金属氧化物如氧化钛、氧化钽或二氧化硅等的沉积时，溅射腔室1内将同时通入反应气体32和溅射气体34。反应气体32会与靶材36产生化学反应，反应气体32的等离子体会与被溅射气体34撞击出的靶材36原子、分子或离子反应，以于工作件18上形成二元金属氧化物的薄膜。反应气体32可为氧气(O₂)，但本揭露不以此为限。在一些实施例中，反应气体32和溅射气体34可先混合，再通过进气口14进入至溅射腔室1内。在其他实施例中，反应气体32和溅射气体34可通过不同的进气结构进入至溅射腔室内，详细细节在后续的段落中说明。

当进行欠氧型金属氧化物PVD工艺时，溅射腔室1内通入反应气体32的量会减少。当反应气体32和溅射气体34流量比例小于1∶1时，亦即，反应气体32和溅射气体34的流量比值小于1，并且工艺压力在低于10mTorr时，反应气体32通入溅射腔室1的均匀性，以及反应气体32实际参与反应的量将影响薄膜生成的厚度和薄膜的原子比，以及薄膜的其他性能，例如薄膜电阻率的均匀性等。本发明所揭露的溅射腔室1可以使反应气体32均匀地分布在溅射腔室内，并与靶材36原子、分子或离子充分反应。

当进行加工时，出气口16置于基座12的下方，出气口16用于与抽气装置38连接以将溅射腔室1维持在预定的环境。详细来说，作为反应气体32的氧气和作为溅射气体34的氩气从进气口14进入溅射腔室1内，配合抽气装置38的抽气作用，共同维持腔内所需要的工艺压力。

因溅射一般需在真空环境中进行，因此在进行溅射前，需使用抽气装置38以保持溅射腔室1内所需要的真空压力。抽气装置38可为真空泵，因应不同的真空条件，可选择适当的泵。一般来说，溅射腔室1需要较高的真空环境，因此多使用低温泵(Cryopump)。低温泵是利用低温表面冷凝气体的真空泵，又称冷凝泵、冷泵。

内衬结构20置于溅射腔室1内且于加工时环绕基座12以形成反应区40，内衬结构20将进气口14和出气口16隔离并在溅射腔室1内形成相互独立的进气通道50和出气通道52，进气通道50连通进气口14和反应区40，出气通道52连通反应区40和出气口16。内衬结构20对溅射腔室1进行保护，以避免靶材36的原子、分子或离子溅射到溅射腔室1上，而对溅射腔室1的腔体内壁和抽气装置38造成污染。进气口14和出气口16相隔内衬结构20设置，且内衬结构20置于进气口14和反应区40之间。

需注意的是，在图1中，内衬结构20与溅射腔室1固定连接，然而，内衬结构20并不限定固定连接于溅射腔室1之中。在其他实施例中，内衬结构20为可拆卸式结构，可拆卸的内衬结构20便于使用者将内衬结构20拆卸后对溅射腔室1进行清洗。

图2A是依据本发明一实施例之适配件的上视图，图2B是依据本发明一实施例之适配件的示意图，图2C是依据本发明一实施例之适配件的剖视图。请参看图2A至图2C，并同时参看图1，溅射腔室1可包括环形的适配件60，适配件60设置于溅射腔室1的顶部，用于通入反应气体32和溅射气体34至反应区40。

适配件60内具有环形通道62和多个通孔64，通孔64均匀分布于适配件60的内侧并与环形通道62连通，进气口14设置于适配件60的外侧并与环形通道62连通，反应气体32经进气口14、环形通道62和多个通孔64导入至溅射腔室1中。通孔64的数量可由工艺测试确定。环形通道62的内径可为0.25时(inch)，但不以此为限，而可视溅射腔室1的系统需求调整。

在一些实施例中，适配件60可具有延伸部66，延伸部66与溅射腔室1的顶部邻接，以利于适配件60与溅射腔室1的密封，但本揭露不以此为限。在其他实施例中，适配件60可视设计需求而不具有延伸部66。

详细来说，适配件60的通孔64可作为气体通道，使反应气体32或溅射气体34由环形通道62进入到通孔64，并由通孔64均匀的进入溅射腔室1中。藉此，反应气体32和溅射气体34可经过各个通孔64平均地分散进入到溅射腔室1的内部，因此可提高气体分布的均匀性。

本揭露的内衬结构20可全面地保护了适配件60，避免适配件60受到溅射污染。并且，本揭露设计的内衬结构20结构简单，易于清洗和维护，故可以重复使用，并降低生产成本。

以下针对本发明提供的溅射腔室1中内衬结构20各部件的结构进行说明。

图3A是依据本发明一实施例之内衬结构中第一部件的示意图。请参看图3A，并同时参看图1，内衬结构20包括第一部件22，其中第一部件22包括第一延伸部22A、第二延伸部22B、第三延伸部22C及第四延伸部22D。

第一延伸部22A设置于进气口14与基座12之间，自溅射腔室1的顶部向溅射腔室1的底部延伸并形成第一桶状结构，以于加工时环绕基座12形成反应区40。在一些实施例中，第一延伸部22A与溅射腔室1的顶部紧邻，而不具有空隙，第一延伸部22A与溅射腔室1的顶部形成密封的状态，以避免反应区40内靶材36的粒子飞溅出来而污染溅射腔室1的内壁，但不以此为限，而可视系统需求增加空隙，或有微小间隙。

第一延伸部22A具有多个第一开口H1，以使反应气体32通过第一开口H1进入反应区40。第一开口H1环绕第一桶状结构设置，并平均的分布在第一桶状结构的圆周上。第一开口H1可等间距地分布在第一桶状结构上。藉此，反应气体32或溅射气体34可搭配适配件60并通过第一开口H1均匀地分布在反应区40中。

在一些实施例中，第一开口H1可为圆形，但不此为限，而可因系统考虑而调整。在其他实施例中，溅射气体34也会通过第一开口H1进入反应区40，以撞击靶材36并产生靶材36的粒子。

如图1所示，第一开口H1和溅射腔室1的顶部在轴向方向上具有第一距离D1，第一开口H1和工作件18在轴向方向上具有第二距离D2。详细来说，因溅射气体34需轰击靶材36，而反应气体32会与靶材36的粒子或靶材36反应，因此第一开口H1的位置会影响沉积薄膜的性质。举例来说，若第一开口H1的距离太靠近靶材，则反应气体32一进入反应区40，可能会先与靶材36反应，而不会与靶材36的粒子反应，因此在工作件18上形成的薄膜将与预期的不同。

为避免上述情形，第一距离D1和第二距离D2的较佳比例为2∶3至3∶2。在一些实施例中，第一距离D1和第二距离D2的总和的取值范围可为60毫米(mm)至100mm，但不以此为限，而可视溅射腔室1的系统需求调整。

重新参考图3A，第一部件22可具有与第一延伸部22A相连的第一突出部P1，第一突出部P1设置在溅射腔室1的顶部，并与第一延伸部22A紧邻，而不具有空隙。第一突出部P1可加强第一部件22与溅射腔室1的顶部之间的密封关系，以进一步避免靶材36的粒子污染。在其他实施例中，第一部件22可不具有第一突出部P1。

在一些实施例中，第一部件22的第二延伸部22B自第一延伸部22A的底端向基座12延伸并形成第一环状。第二延伸部22B与第一延伸部22A的底端紧邻，而不具间隙，以避免靶材36粒子污染到溅射腔室1的内壁或出气口16。

第一部件22的第三延伸部22C自第一环状的内缘向溅射腔室1的顶部延伸并形成第二桶状结构，第三延伸部22C具有多个第二开口H2，以使反应气体32通过第二开口H2排出反应区40。

详细来说，第二开口H2环绕第二桶状结构设置，并平均的分布在第二桶状结构的圆周上。第二开口H2可等间距地分布在第二桶状结构上。藉此，反应气体32或溅射气体34可通过第二开口H2离开反应区40。第二开口H2可为圆形，但不此为限，而可因系统考虑而调整。在其他实施例中，溅射气体34也会通过第二开口H2离开反应区40。

第一部件22可具有与第三延伸部22C相连的第二突出部P2，第二突出部P2设置在第三延伸部22C的顶部，并与基座12紧邻，而不具有空隙。第二突出部P2可加强第一部件22与基座12之间的密封关系，以进一步避免靶材36粒子污染至溅射腔室1的内壁或出气口16。在其他实施例中，第一部件22可不具有第二突出部P2。

第四延伸部22D可自第一延伸部22A延伸至溅射腔室1的侧壁并形成第二环状。在本实施例中，第四延伸部22D是自第一延伸部22A的底端延伸至溅射腔室1的侧壁。第四延伸部22D与第一延伸部22A的底端紧邻，并和溅射腔室1的侧壁紧邻，而不具间隙，以避免进入溅射腔室1内的反应气体32或溅射气体34在进入反应区40前就被抽气装置38抽离，而无法进入反应区40。前述的紧邻状态较佳为密封状态，但本揭露不以此为限，而可视设计需求调整。

在本实施例中，第四延伸部22D与第二延伸部22B的分界点为第一延伸部22A。第四延伸部22D与第二延伸部22B可由同一组件构成，并可包含相同的材料，但不以此为限。

在一些实施例中，第一延伸部22A、第二延伸部22B、第三延伸部22C和第四延伸部22D可由同一组件构成，且可为一体成型的设计，以易于安装。在其他实施例中，第二延伸部22B、第三延伸部22C和第四延伸部22D可由同一组件构成，且可为一体成型的设计，而第一延伸部22A由另一组件所构成，但不以此为限。第一部件22的第一延伸部22A、第二延伸部22B、第三延伸部22C和第四延伸部22D可皆由不同组件组合而成，以易于加工制造。第一部件22的组合可依系统需求而调整。

图3B是依据本发明一实施例之内衬结构中第二部件的示意图。请参看图3B，并同时参看图1。内衬结构20还包括第二部件24，设置于多个第一开口H1和进气口14之间并形成第三桶状结构，以遮挡进气口14，其中第二部件24自溅射腔室1的顶部向溅射腔室1的底部延伸，并延伸至第一开口H1之下

详细来说，第二部件24设置在第一开口H1和进气口14之间以避免反应区40内靶材36的粒子直接通过第一开口H1而附着在溅射腔室1的侧壁上。第二部件24较佳与溅射腔室1的顶部紧邻，而不具有空隙，但不以此为限。

第二部件24的底端与第四延伸部22D之间具有第一间距L1。第一间距L1的取值范围可为10mm至30mm，但不以此为限，而可视溅射腔室1的系统需求调整。第二部件24的底端与第四延伸部22D之间具有空隙，以使反应气体32和溅射气体34或其混合气体通过。

藉由第二部件24和第一部件22的搭配，以在溅射腔室1内和内衬结构20间形成进气通道50。进气通道50可包括第一气体通路50A和第二气体通路50B。第一气体通路50A介于进气口14和第二部件24之间。第二气体通路50B介于第二部件24和第一延伸部22A之间。其中，第二气体通路50B与第一气体通路50A通过第一间距L1连通。

举例来说，反应气体32和溅射气体34经由第一气体通路50A，由溅射腔室1的顶部向溅射腔室1的底部流动，并由第二部件24和第四延伸部22D之间的第一间距L1，进入第二气体通路50B。在第二气体通路50B中，反应气体32和溅射气体34自第四延伸部22D向溅射腔室1的顶部流动，并经第一开口H1流入反应区40。

因上述进气通道50的设计，因此反应气体32可均匀的分布在反应区40中，以与靶材36的粒子充分反应，再沉积到工作件18上形成薄膜。类似的，溅射气体34亦可均匀的分布在反应区40中。

在一些实施例中，第二部件24可具有第三突出部P3，第三突出部P3与第二部件24的顶端相连，并设置在溅射腔室1的顶部，以加强第二部件22与溅射腔室1的顶部之间的密封关系，并进一步避免靶材36的粒子污染。在其他实施例中，第二部件24可不具有第三突出部P3。

图3C是依据本发明一实施例之内衬结构中第三部件的示意图。请参看图3C，并同时参看图1。内衬结构20还包括第三部件26，设置于第三延伸部22C和反应区40之间。第三部件26包括第一部分26A和第二部分26B，第一部分26A自基座12向第一延伸部22A延伸并环绕基座12形成第三环状，第三环状的外缘与第一延伸部22A之间具有第二间距L2。第二间距的取值范围可为50mm至80mm，但不以此为限，而可视溅射腔室1的系统需求调整。

第三部件26的第二部分26B自第三环状的外缘向第二延伸部22B延伸并延伸至第二开口H2之下，形成环绕第三延伸部22C的第四桶状结构，第四桶状结构的下端与第二延伸部22B之间具有第三间距L3。第三间距的取值范围可为10mm至30mm，但不以此为限，而可视溅射腔室1的系统需求调整。

详细来说，第三部件26的第二部分26B与第二延伸部22B之间具有空隙，以使反应气体32和溅射气体34或其混合气体通过。第三部件26的第二部分26B设置在第二开口H2和反应区40之间以避免反应区40内靶材36的粒子直接通过第二开口H2而附着在溅射腔室1的内壁或出气口16上。

藉由第三部件26和第一部件22的搭配，以在溅射腔室1内和内衬结构20间形成出气通道52。出气通道52可包括第三气体通路52A和第四气体通路52B。第三气体通路52A介于第二部分26B和第三延伸部22C之间，第三气体通路52A与反应区40通过第二间距L2及第三间距L3连通。第四气体通路52B介于内衬结构20和出气口16之间，第四气体通路52B与第三气体通路52A通过第二开口H2连通。

举例来说，由于抽气装置38的作用，反应气体32和溅射气体34在反应完成后，由反应区40经由第一部分26A和第一延伸部22A之间的第二间距L2向溅射腔室1的底部流动，并由第二部分26B和第二延伸部22B之间的第三间距L3，以进入第三气体通路52A。在第三气体通路52A中，反应气体32和溅射气体34自第二延伸部22B向溅射腔室1的顶部流动，并经第二开口H2进入第四气体通路52B以流向出气口16。

由上述可知，反应气体32经进气口14通入至溅射腔室1内，依次流经第一气体通路50A、第二气体通路50B、反应区40、第三气体通路52A及第四气体通路52B向出气口16流动。

因上述出气通道52的设计，反应气体32停留在溅射腔室1中的时间可进一步延长，故反应气体32可均匀的分布在反应区40中，且可充分地与反应区40内靶材36的粒子反应后，才进入到出气通道52，故可提升反应气体32的利用率。类似的，溅射气体34亦可均匀的分布在反应区40中。此外，出气通到52的设计可避免溅射腔室1受到靶材36的粒子污染。

通过第一部件22、第二部件24和第三部件26的组合设计，溅射腔室1内部进气通道50和出气通道52分离，以增加气体在溅射腔室内部的传输路径和循环路径，藉此增加气体的离化率。此外，本揭露的溅射腔室1可使溅射气体34和反应气体32直接进入溅射区域(反应区40)，并避免气体进入溅射腔室1后受抽气装置38影响而直接排出溅射腔室1，因而可提高气体利用率。本揭露的气体进出口通过内衬结构20的阻挡，未直接暴露在溅射范围内，避免了进气口14和出气口16受溅射成膜造成的堵塞和成膜时间较长脱落后的颗粒污染。

本揭露的溅射腔室1和内衬结构20不只适用于欠氧型金属氧化物工艺，同时也适用于PVD工艺的二元金属化合物，其中非金属原子由工艺气体参与反应的情况。详细来说，本揭露的溅射腔室1和内衬结构20可适用于反应气体32同溅射气体34流量通入比例小于1，工艺腔室压力低于10mTorr的情况。

本揭露的溅射腔室不限于上述实施例，并且可以具有其他不同的实施例。为了简化描述并且为了便于在本公开的每个实施例之间进行比较，以下每个实施例中的相同部件用相同的标号标记。再者，不同实施例之间的不同部件在不冲突的情况下，可以交错或混和搭配产生新的实施例，但仍属于本申请的保护范围内。为了更容易地比较实施例之间的差异，以下描述将详细说明不同实施例之间的不同之处，并且将不再重复描述相同的特征。

图4是依据本发明另一实施例之溅射腔室的示意图。如图4所示，溅射腔室2与溅射腔室1的不同在于内衬结构20的设计。在实施例中，第一部件22的第四延伸部22D位于较靠近溅射腔室2的顶部的位置，且第二部件24自第四延伸部22D向溅射腔室1的顶部延伸，并延伸至第一开口H1之上，第二部件24的顶端与溅射腔室2的顶部之间具有第一间距L1。第一间距L1的取值范围可为15mm至18mm，但不以此为限，而可视溅射腔室2的系统需求调整。

图5A是依据本发明一实施例之内衬结构中第一部件的示意图，图5B是依据本发明一实施例之内衬结构中第一部件和第二部件的示意图。请参看图5A至图5B，并同时参看图4，在溅射腔室2中，第二部件24设置于多个第一开口H1和进气口14之间并形成第三桶状结构，以遮挡进气口14，第二部件24设置在第一开口H1和进气口14之间以避免反应区40内靶材36的粒子直接通过第一开口H1而附着在溅射腔室1的侧壁上。

在本实施例中，第二部件24与第四延伸部22D紧邻，而不具有空隙，但不以此为限。第一部件22的第四延伸部22D较佳与第二部件24构成一体成型的设计，但不以此为限，而可具有分离的设计。另一方面，第一部件22的第一延伸部22A、第二延伸部22B和第三延伸部22C较佳为一体成型的设计，但不以此为限，而亦可由分离的组件所构成。

图6是依据本发明另一实施例之溅射腔室的示意图。如图6所示，溅射腔室3与溅射腔室1的不同在于进气口分离的设计。溅射腔室3具有两个进气口，分别为进气口14和进气口14′。进气口14用于通入反应气体32，而进气口14′用于通入溅射气体34。藉由进气口分离的设计，使用者可易于调整反应气体32和溅射气体34的通入量，并进一步控制沉积薄膜的性质。

在一些实施例中，因应进气口分离的设计，可对应设置相应的适配件在溅射腔室3中。如图6所示，适配件60用于均匀的通入反应气体32至溅射腔室3内，而适配件60′用于均匀的通入溅射气体34至溅射腔室3内。藉此，反应气体32和溅射气体34皆可均匀的分布在溅射腔室3中，以与靶材36反应。

综上所述，本揭露之溅射腔室包括特殊设计的内衬结构，因此，当反应气体的量少时，亦即反应气体的通入量小于溅射气体的通入量时，例如，反应气体与溅射气体的气体流量比例小于1，且溅射腔室的工作压力低于10mTorr，仍能提高反应气体的利用率并使反应气体在反应区均匀分布，以充分与靶材的粒子进行反应，同时本揭露之溅射腔室的内衬结构完整地隔离了反应区和进气口及出气口，故可避免溅射腔室的内壁和抽气装置受到溅射成膜造成的堵塞和成膜时间较长脱落后的颗粒污染。

上文概述若干实施例的特征，使得所属领域的技术人员可较佳理解本申请的方面。所属领域的技术人员应了解，其可容易使用本申请作为用于设计或修改用于实行相同目的及/或实现本文中介绍的实施例的相同优点的其它工艺及结构的基础。所属领域的技术人员还应意识到，这些等效构造不脱离本揭露的精神及范围且其可在本文中做出各种改变、替代及更改而不脱离本揭露的精神及范围。

再者，本申请的范围不旨在限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、物质组成、构件、方法及步骤的特定实施例。所属领域的一般技术人员将根据本揭露的揭示内容容易了解，可根据本揭露利用大体上执行与本文中描述的对应实施例相同的功能或大体上实现与其相同的结果的目前存在或后续发展的工艺、机器、制造、物质组成、构件、方法或步骤。因此，随附权利要求书旨在将这些工艺、机器、制造、物质组成、构件、方法或步骤包含于其范围内。

Claims (14)

1.一种溅射腔室，其特征在于，所述溅射腔室包括：

基座，置于所述溅射腔室内，用于承载工作件；

进气口，置于所述基座的上方，所述进气口用于通入反应气体和溅射气体，其中所述反应气体与所述溅射气体的气体流量比例小于1，且所述溅射腔室的工作压力低于10mTorr；

出气口，置于所述基座的下方，所述出气口用于与抽气装置连接以将所述溅射腔室维持在预定的环境；及

内衬结构，置于所述溅射腔室内且于加工时环绕所述基座以形成反应区，所述内衬结构将所述进气口和所述出气口隔离并在所述溅射腔室内形成相互独立的进气通道和出气通道，所述进气通道连通所述进气口和所述反应区，所述出气通道连通所述反应区和所述出气口；

其中所述内衬结构用于使所述反应气体在所述反应区内均匀分布，所述内衬结构包括：

第一部件，包括第一延伸部、第二延伸部、第三延伸部及第四延伸部；所述第一延伸部设置于所述进气口与所述基座之间，自所述溅射腔室的顶部向所述溅射腔室的底部延伸并形成第一桶状结构，以于加工时环绕所述基座形成所述反应区，所述第一延伸部具有多个第一开口，以使至少所述反应气体通过所述多个第一开口进入所述反应区；所述第二延伸部自所述第一延伸部的底端向所述基座延伸并形成第一环状；所述第三延伸部自所述第一环状的内缘向所述溅射腔室的顶部延伸并形成第二桶状结构，所述第三延伸部具有多个第二开口，以使至少所述反应气体通过所述多个第二开口排出所述反应区；所述第四延伸部自所述第一延伸部延伸至所述溅射腔室的侧壁并形成第二环状。

2.如权利要求1所述的溅射腔室，其特征在于，所述内衬结构还包括:

第二部件，设置于所述多个第一开口和所述进气口之间并形成第三桶状结构，以遮挡所述进气口，其中所述第二部件自所述溅射腔室的顶部向所述溅射腔室的底部延伸，并延伸至所述多个第一开口之下，且所述第二部件的底端与所述第四延伸部之间具有第一间距。

3.如权利要求2所述的溅射腔室，其特征在于，所述第一间距的取值范围为10mm至30mm。

4.如权利要求1所述的溅射腔室，其特征在于，所述内衬结构还包括:

第二部件，设置于所述多个第一开口和所述进气口之间并形成第三桶状结构，以遮挡所述进气口，其中所述第二部件自所述第四延伸部向所述溅射腔室的顶部延伸，并延伸至所述多个第一开口之上，所述第二部件的顶端与所述溅射腔室的顶部之间具有第一间距。

5.如权利要求4所述的溅射腔室，其特征在于，所述第一间距的取值范围为15mm至18mm。

6.如权利要求2或4所述的溅射腔室，其特征在于，所述内衬结构还包括：

第三部件，设置于所述第三延伸部和所述反应区之间，包括第一部分和第二部分，所述第一部分自所述基座向所述第一延伸部延伸并环绕所述基座形成第三环状，所述第三环状的外缘与所述第一延伸部之间具有第二间距；所述第二部分自所述第三环状的外缘向所述第二延伸部延伸并延伸至所述多个第二开口之下，形成环绕所述第三延伸部的第四桶状结构，所述第四桶状结构的下端与所述第二延伸部之间具有第三间距。

7.如权利要求6所述的溅射腔室，其特征在于，所述第二间距的取值范围为50mm至80mm。

8.如权利要求6所述的溅射腔室，其特征在于，所述第三间距的取值范围为10mm至30mm。

9.如权利要求6所述的溅射腔室，其特征在于，所述进气通道包括:

第一气体通路，介于所述进气口和所述第二部件之间；及

第二气体通路，介于所述第二部件和所述第一延伸部之间；所述第二气体通路与所述第一气体通路通过所述第一间距连通；及

所述出气通道包括:

第三气体通路，介于所述第二部分和所述第三延伸部之间，所述第三气体通路与所述反应区通过所述第二间距及所述第三间距连通；及

第四气体通路，介于所述内衬结构和所述出气口之间，所述第四气体通路与所述第三气体通路通过所述多个第二开口连通；

其中至少所述反应气体经所述进气口通入至所述溅射腔室内，依次流经所述第一气体通路、所述第二气体通路、所述反应区、所述第三气体通路及所述第四气体通路向所述出气口流动。

10.如权利要求1所述的溅射腔室，其特征在于，所述进气口设置于所述溅射腔室的上部侧壁，所述出气口设置于所述溅射腔室的底部或下部侧壁。

11.如权利要求1所述的溅射腔室，其特征在于，所述多个第一开口和所述溅射腔室的顶部之间具有第一距离，所述多个第一开口和所述工作件之间具有第二距离，其中所述第一距离和所述第二距离的比例为2:3至3:2。

12.如权利要求11所述的溅射腔室，其特征在于，所述第一距离和所述第二距离的总和的取值范围为60mm至100mm。

13.如权利要求1所述的溅射腔室，其特征在于，还包括:

靶材和环形的适配件，所述适配件设置于所述溅射腔室的顶部，用于连接所述靶材，所述适配件内具有环形通道和多个通孔，所述多个通孔均匀分布于所述适配件的内侧并与所述环形通道连通，所述进气口设置于所述适配件的外侧并与所述环形通道连通，至少所述反应气体经所述进气口、所述环形通道和所述多个通孔导入至所述溅射腔室中。

14.如权利要求1所述的溅射腔室，其特征在于，所述环形通道的内径为0.25吋。

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