CN114196931A - 半导体腔室 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体腔室，包括腔室本体、磁控管、晶片承载台和靶材，所述磁控管和所述靶材均位于腔室本体的顶部，所述晶片承载台位于所述腔室本体内，所述半导体腔室还包括第一磁性装置和第二磁性装置；所述第一磁性装置位于所述腔室本体内，且环绕所述晶片承载台设置，所述第一磁性装置能够形成与所述晶片承载台的承载面相平行的磁场；所述第二磁性装置设置于所述腔室本体，所述第二磁性装置位于所述第一磁性装置与所述磁控管之间，所述第一磁性装置的磁极排布方向与所述第二磁性装置的磁极排布方向相同，所述第二磁性装置能够与所述磁控管发生交互作用，以减小所述磁控管在平行于所述靶材表面的磁性作用。

Description

半导体腔室

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体腔室。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术在半导体制造领域被广泛应用，该方法包括真空蒸镀、溅射镀膜、分子束外延等，其中，溅射镀膜被广泛应用于金属薄膜制程。溅射镀膜的基本原理是在高真空的环境下，导入工艺气体并在电极两端加上电压、使气体产生辉光放电，此时等离子体中的正离子在强电场的作用下撞击靶材，溅射出靶材金属原子而沉积到晶片的表面。

相关技术中，为了使得晶片表面沉积的磁性薄膜具有面内各向异性，半导体腔室内设置有磁性装置，此时，磁性装置能够形成平行于晶片承载台的承载面的水平磁场，从而使得溅射沉积时，溅射材料的磁畴在水平方向排布，因此沉积的磁性薄膜在此方向上形成易磁化场，而在垂直于磁性薄膜的方向上形成难磁化场，从而形成面内各异性场，进而得到面内各异性的磁性薄膜。

然而，由于半导体腔室的磁控管转动的过程中，磁控管的磁场方向在变化，当磁控管转动至其水平分量与磁性装置的水平分量的方向相同时，两种磁场相叠加，从而使得磁场强度增强，因此此位置产生的等离子的密度大，等离子体对靶材的轰击更强，因此此区域的靶材材料溅射速率增大，使得此区域对应的晶圆的区域的沉积的磁性薄膜厚度较厚。而当磁控管转的至其水平分量与磁性装置的水平分量的方向相反时，两种磁场相互抵消，从而使得磁场强度减弱，因此位置产生的等离子体的密度小，等离子体对靶材的轰击较弱，因此此区域的靶材材料溅射速率减小，使得此区域对应的晶片的区域上的沉积的磁性薄膜厚度较薄。如图1所示为晶片10沉积后的结果。由于磁控管与磁性装置的磁场方向在不同区域叠置效果不同，因此造成等离子对靶材的轰击效果不同，从而使得晶片沉积的磁性薄膜的厚度不同，造成晶片表面薄膜厚度均匀性较差。

发明内容

本发明公开一种半导体腔室，以解决晶片表面薄膜厚度均匀性较差的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种半导体腔室，所述半导体腔室包括腔室本体、磁控管、晶片承载台和靶材，所述磁控管和所述靶材均位于腔室本体的顶部，所述晶片承载台位于所述腔室本体内，所述半导体腔室还包括第一磁性装置和第二磁性装置；

所述第一磁性装置位于所述腔室本体内，且环绕所述晶片承载台设置，所述第一磁性装置能够形成与所述晶片承载台的承载面相平行的磁场；

所述第二磁性装置设置于所述腔室本体，所述第二磁性装置位于所述第一磁性装置与所述磁控管之间，所述第一磁性装置的磁极排布方向与所述第二磁性装置的磁极排布方向相同，所述第二磁性装置能够与所述磁控管发生交互作用，以减小所述磁控管在平行于所述靶材表面的磁性作用。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本发明公开的半导体腔室中，第二磁性装置位于第一磁性装置与磁控管之间，第二磁性装置可以与磁控管发生交互作用，因此能够减小磁控管在平行于靶材表面的磁性作用，也就是说，减小了磁控管在平行与靶材表面的磁场分量。第一磁性装置和磁控管沿平行于靶材表面的磁场分量相叠加时，由于磁控管需要与第二磁性装置发生交互，所以需要损耗磁控管的部分的磁性，因此第一磁性装置和磁控管磁场分量相叠加时，减少了磁控管的磁场分量的强度，使得靶材磁场强度相对均匀，进而使得靶材各区域的等离子体的密度相差不大，使得靶材各区域的溅射速率相接近，以提高晶片表面薄膜的均匀性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为相关技术中晶片表面薄膜厚度的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的半导体腔室的结构示意图；

图3和图4为本发明实施例公开的半导体腔室的部分部件的结构示意图；

图5为本发明实施例公开的半导体腔室中第二磁性装置的结构示意图；

图6和图7为本发明实施例公开的半导体腔室中第二磁性装置的部分部件的结构示意图；

图8为本发明实施例公开的半导体腔室中晶片表面薄膜厚度的结构示意图；

图9为本发明实施例公开的半导体腔室中环形保护件的结构示意图。

附图标记说明：

100-腔室本体、200-磁控管、300-晶片承载台、400-第一磁性装置、410-第一磁性件、420-第二磁性件、500-第二磁性装置、510-第三磁性件、520-第四磁性件、530-驱动机构、531-驱动源、532-传动件、5321-承载板、5322-防护件、5322a-第一板体、5322b-第二板体、541-第一传动件、542-第二传动件、610-沉积环、620-盖环、630-保护环、700-靶材、800-晶片、900-环形保护件、910-底座、920-盖板、930-固定件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。

如图2～图9所示，本发明实施例公开一种半导体腔室，所公开的半导体腔室包括腔室本体100、磁控管200、晶片承载台300、靶材700、第一磁性装置400和第二磁性装置500。

腔室本体100为半导体腔室的主体部件，腔室本体100用于为半导体腔室的其他组成部件提供安装基础。腔室本体100的顶部安装有靶材700。磁控管200位于腔室本体100的顶部，磁控管200与靶材700相对设置。晶片承载台300和第一磁性装置400均位于腔室本体100内，晶片承载台300用于承载晶片800。

第一磁性装置400位于腔室本体100内，且环绕晶片承载台300设置，第一磁性装置400能够形成与晶片承载台300的承载面相平行的磁场。第一磁性装置400能够形成平行于晶片承载台300的承载面的水平磁场，从而使得溅射沉积时，溅射材料的磁畴在水平方向排布，因此沉积的薄膜在此方向上形成易磁化场，而在垂直于薄膜的方向上形成难磁化场，从而形成面内各异性场，进而得到面内各异性的磁性薄膜。

第二磁性装置500设置于腔室本体100，第二磁性装置500位于第一磁性装置400与磁控管200之间，第一磁性装置400的磁极排布方向与第二磁性装置500的磁极排布方向相同，第二磁性装置500能够与磁控管200发生交互作用，以减小磁控管200在平行于靶材700表面的磁性作用。这里的磁性作用实质就是减小磁控管200在平行于靶材700表面的磁场分量，也就是减小磁控管200的水平磁场分量。

本申请公开的实施例中，第二磁性装置500位于第一磁性装置400与磁控管200之间，第二磁性装置500可以与磁控管200发生交互作用，因此能够减小磁控管200在平行于靶材700表面的磁性作用，也就是说，减小了磁控管200在平行于靶材表面的磁场分量。第一磁性装置400和磁控管200沿平行于靶材700表面的磁场分量相叠加时，由于磁控管200需要与第二磁性装置500发生交互，所以需要损耗磁控管200的部分的磁性，因此第一磁性装置400和磁控管200磁场分量相叠加时，减少了磁控管200的磁场分量的强度，使得靶材700磁场强度相对均匀，进而使得靶材700各区域的等离子体的密度相差不大，使得靶材700各区域的溅射速率相接近，以提高晶片800表面薄膜的均匀性。

采用本申请实施例半导体腔室进行晶片800的薄膜沉积，得到的晶片800如图8所示，晶片800的两侧的薄膜厚度基本相同，从而使得晶片800表面的薄膜具有较好的均匀性。

本方案所达到的效果也可以理解为，第二磁性装置500可以与磁控管200发生交互作用，因此能够减小磁控管200在平行于靶材700表面的磁场分量，磁控管200减小的这部分磁场分量可以相当于第一磁性装置400在靶材700表面叠加的水平分量，此时磁控管200的水平磁场分量减小，磁控管200与第一磁性装置400叠加形成的磁场相当于仅有磁控管200作用时的磁场，因此抵消了第一磁性装置400对靶材表面磁场的叠加增强或叠加减弱的效果。

在另一种可选的实施例中，第一磁性装置400可以包括第一磁性件410和第二磁性件420，第一磁性件410和第二磁性件420环绕晶片承载台300的周向间隔设置，第一磁性件410朝向晶片承载台300的磁极与第二磁性件420朝向晶片承载台300的磁极可以相反。例如，第一磁性件410的N极朝向晶片承载台300，第一磁性件410的S极背离晶片承载台300。第二磁性件420的S极朝向晶片承载台300，第二磁性件420的N极背离晶片承载台300。

第二磁性装置500可以包括第三磁性件510和第四磁性件520，第三磁性件510和第四磁性件520可以沿腔室本体100的周向间隔设置。第三磁性件510位于第一磁性件410所在的一侧，第四磁性件520位于第二磁性件420所在的一侧，第三磁性件510的磁极排布方向与第一磁性件410的磁极排布方向相同，第二磁性件420的磁极排布方向与第四磁性件520的磁极排布方向相同。

上述实施例中，第一磁性装置中400的磁性件和第二磁性装置500中的磁性件相对应，因此能够提高磁性作用的精度，从而进一步提高晶片800表面薄膜的均匀性。

另外，第一磁性装置400和第二磁性装置500零部件的结构简单，因此制造工艺简单，成本较低。

如图3所示，靶材700左侧区域磁控管200与第一磁性装置400的水平分量相反，从而使得叠加后的磁场强度减弱。第三磁性件510与磁控管200发生交互，从而使得磁控管200的水平分量减小，以使磁控管200所能够抵消的第一磁性装置400的水平分量减小，进而使得叠加后的磁场增强。

如图4所示，靶材700右侧区域磁控管200与第一磁性装置400的水平分量相同，从而使得叠加后的磁场强度增强。第四磁性件520与磁控管200发生交互，从而使得磁控管200的水平分量减小，以使磁控管200叠加的水平分量减小，进而使得叠加后的磁场减弱。

为了进一步提高晶片800表面薄膜的均匀性，在另一种可选的实施例中，半导体腔室还可以包括驱动机构530，驱动机构530可以设置于腔室本体100，驱动机构530可以与第三磁性件510和第四磁性件520均相连接，驱动机构530可以用于驱动第三磁性件510和第四磁性件520靠近或远离磁控管200。

此方案中，驱动机构530驱动第三磁性件510和第四磁性件520靠近磁控管200，第三磁性件510和第四磁性件520距离磁控管200越近，第三磁性件510和第四磁性件520与磁控管200之间的交互作用越强，从而使得磁控管200的磁场分量的减小量较大。当驱动机构530驱动第三磁性件510和第四磁性件520远离磁控管200时，第三磁性件510和第四磁性件520距离磁控管200的距离越远，第三磁性件510和第四磁性件520与磁控管200之间的交互作用越弱，从而使得磁控管200的磁场分量的减小量较小。因此通过调节第一磁性件410和第二磁性件420与磁控管200之间的距离，从而能够对磁控管200与第一磁性件410叠置的磁场强度进行调节，以进一步提高晶片800的表面薄膜的均匀性。

在另一种可选的实施例中，驱动机构530可以包括驱动源531和传动件532，第三磁性件510和第四磁性件520均可以与传动件532相连接，驱动源531可以与传动件532相连接，驱动源531通过传动件532驱动第三磁性件510和第四磁性件520运动。此方案中，传动件532用于承载第三磁性件510和第四磁性件520，同时还用于带动第三磁性件510和第四磁性件520移动，因此驱动机构530的结构简单、制作方便。

可选地，驱动源531可以为直流电动机、交流异步电动机、液压马达等动力结构，当然，驱动源531还可以为其他结构，本文不作限制。

进一步地，传动件532可以包括承载板5321和防护件5322，防护件5322可以设置于承载板5321的顶部，驱动源531可以与承载板5321相连接，防护件5322可以开设有防护腔，第三磁性件510和第四磁性件520可以均位于防护腔内，驱动源531通过承载板5321和防护件5322带动第三磁性件510和第四磁性件520运动。此方案中，防护件5322能够对第三磁性件510和第四磁性件520起到防护的作用，从而提高第二磁性装置500的安全性能。

在另一种可选的实施例中，防护件5322可以包括第一板体5322a和第二板体5322b，第一板体5322a可以开设有容纳槽，第二板体5322b可以遮盖容纳槽的槽口，容纳槽可以与第二板体5322b围成防护腔。此方案中，第一板体5322a开设有容纳槽，容纳槽为敞口结构，因此第一板体5322a容易脱模，然后再将第二板体5322b盖在容纳槽的槽口，以形成防护腔，从而降低了防护件5322的制作难度。

在另一种可选的实施例中，承载板5321和防护件5322的外形轮廓可以均为环形结构。此时，当承载板5321和防护件5322位于腔室本体100内时，由于承载板5321和防护件5322均为环形结构，因此不容易遮盖晶片，从而不容易影响晶片800表面的薄膜沉积。当承载板5321和防护件5322位于腔室本体100之外时，承载板5321和防护件5322为环形结构，能够套装在腔室本体100的外侧，从而方便承载板5321和防护件5322的安装。

进一步地，承载板5321可以包括至少两个第一弧形板，至少两个第一弧形板拼接围成环形结构。防护件5322可以包括至少两个第二弧形板，至少两个第二弧形板拼接围成环形结构。此方案中，承载板5321和防护件5322均为多个弧形板拼接形成，因此方便防护件5322和承载板5321的安装和制造。

具体地，承载板5321可以包括两个半圆形的第一弧形板，防护件5322也可以包括两个半圆形的第二弧形板。

可选地，防护件5322的每个第一弧形板都可以包括上述的第一板体5322a和第二板体5322b。

在另一种可选的方案中，驱动机构530可以包括第一驱动源、第二驱动源、第一传动件541和第二传动件542，第一驱动源与第一传动件541相连接，第一传动件541可以与第三磁性件510相连接。第一驱动源通过第一传动件541驱动第三磁性件510运动。第二驱动源与第二传动件542相连接，第二传动件542与第四磁性件520相连接，第二驱动源可以通过第二磁性件420驱动第四磁性件520运动。

此方案中，第三磁性件510和第四磁性件520可以单独驱动，从而对第三磁性件510和第四磁性件520与磁控管200的距离进行调整，达到更好的优化磁场的效果。

可选地，第一传动件541和第二传动件542的结构可以与上文中的传动件的结构相同，第一传动件541和第二传动件542均可以包括上文中的承载板5321和防护件5322，承载板5321和防护件5322可以为半圆形结构。

在另一种可选的实施例中，第三磁性件510和第四磁性件520的数量可以均为多个，多个第三磁性件510和多个第四磁性件520均沿腔室本体100的周向间隔分布。此方案中，通过调节第三磁性件510和第四磁性件520的数量，从而调节磁场的强度，以达到更好的优化磁场的效果。

上述实施例中，第二磁性装置500可以位于腔室本体100内，即第二磁性装置500可以安装在腔室本体100的内壁上。在另一种可选的实施例中，第二磁性装置500可以位于腔室本体100的外侧。此方案中，第二磁性装置500位于腔室本体100的外侧，因此第二磁性装置500不会占用腔室本体100内的空间，从而不容易对下方的晶片800进行遮挡，提高了晶片800的沉积均匀性。

另外，第二磁性装置500设置于腔室本体100的外侧，第二磁性装置500内的磁性件之间不容易形成交互的磁场，例如，当第二磁性装置500包括上述中的第三磁性件510和第四磁性件520时，第三磁性件510和第四磁极件位于腔室本体100的内侧和外侧同一位置时，第三磁性件510和第四磁性件520位于腔室本体100的外侧时其两者之间的距离更远，所以第三磁性件510和第四磁性件520不容易发生交互作用，从而不容易影响薄膜的沉积效果。

上述实施例中，半导体腔室还包括沉积环610、盖环620和保护环630，沉积环610、盖环620和保护环630均可以位于腔室本体100内。沉积环610可以环绕晶片承载台300设置，盖环620环绕沉积环610设置。保护件可以环设于盖环620之外。保护环630与腔室本体100固定连接。

本申请公开的第一磁性装置400可以设置于盖环620与保护环630之间，第一磁性装置400可以固定于保护环630上。

在另一种可选的实施例中，腔室本体内100还设置有环形保护件900，环形保护件900环绕设置于盖环620与保护环630之间。环形保护件900开设有容纳保护腔，第一磁性装置400可以位于保护腔内，从而能够防止第一磁性装置400损坏。另外，还能够对第一磁性装置400起到隔热的效果，从而避免沉积过程中热量传递至第一磁性装置400上，影响第一磁性装置400的磁性。

具体地，环形保护件900的保护腔可以分为左右两部分，左侧部分用于放置第一磁性件410，右侧部分可以用于放置第二磁性件420。

可选地，环形保护件900可以包括底座910、盖板920和固定件930，底座910与盖板920围成保护腔，底座910通过固定件930固定在保护环630上。例如，底座910可以通过螺栓固定在保护环630上。底座910与盖板920可拆卸连接，从而方便装配第一磁性装置400。

具体地，第一磁性装置400包括多个第一磁性件410和多个第二磁性件420时，其具体的排布方式为，多个第一磁性件410和多个第二磁性件420的磁极方向均指向环形保护件900的圆心，也就是指向晶片承载台300的圆心。

可选地，底座910朝向晶片承载台300的一侧的侧壁可以为不导磁材料制作。底座910的其他侧壁可以为导磁材料或不导磁材料制作。

本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种半导体腔室，所述半导体腔室包括腔室本体(100)、磁控管(200)、晶片承载台(300)和靶材(700)，所述磁控管(200)和所述靶材(700)均位于所述腔室本体(100)的顶部，所述晶片承载台(300)位于所述腔室本体(100)内，其特征在于，所述半导体腔室还包括第一磁性装置(400)和第二磁性装置(500)；

所述第一磁性装置(400)位于所述腔室本体(100)内，且环绕所述晶片承载台(300)设置，所述第一磁性装置(400)能够形成与所述晶片承载台(300)的承载面相平行的磁场；

所述第二磁性装置(500)设置于所述腔室本体(100)，所述第二磁性装置(500)位于所述第一磁性装置(400)与所述磁控管(200)之间，所述第一磁性装置(400)的磁极排布方向与所述第二磁性装置(500)的磁极排布方向相同，所述第二磁性装置(500)能够与所述磁控管(200)发生交互作用，以减小所述磁控管(200)在平行于所述靶材(700)表面的磁性作用。

2.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述第一磁性装置(400)包括第一磁性件(410)和第二磁性件(420)，所述第一磁性件(410)和所述第二磁性件(420)环绕所述晶片承载台(300)的周向间隔设置，所述第一磁性件(410)朝向所述晶片承载台(300)的磁极与所述第二磁性件(420)朝向所述晶片承载台(300)的磁极相反；

所述第二磁性装置(500)包括第三磁性件(510)和第四磁性件(520)，所述第三磁性件(510)和所述第四磁性件(520)沿所述腔室本体(100)的周向间隔设置，所述第三磁性件(510)位于所述第一磁性件(410)所在的一侧，所述第四磁性件(520)位于所述第二磁性件(420)所在的一侧，所述第三磁性件(510)的磁极排布方向与所述第一磁性件(410)的磁极排布方向相同，所述第二磁性件(420)的磁极排布方向与所述第四磁性件(520)的磁极排布方向相同。

3.根据权利要求2所述的半导体腔室，其特征在于，所述半导体腔室还包括驱动机构(530)，所述驱动机构(530)设置于所述腔室本体(100)，所述驱动机构(530)与所述第三磁性件(510)和所述第四磁性件(520)均相连接，所述驱动机构(530)用于驱动所述第三磁性件(510)和所述第四磁性件(520)靠近或远离所述磁控管(200)。

4.根据权利要求3所述的半导体腔室，其特征在于，所述驱动机构(530)包括驱动源(531)和传动件(532)，所述第三磁性件(510)和所述第四磁性件(520)均与所述传动件(532)相连接，所述驱动源(531)与所述传动件(532)相连接，所述驱动源(531)通过所述传动件(532)驱动所述第三磁性件(510)和所述第四磁性件(520)运动。

5.根据权利要求4所述的半导体腔室，其特征在于，所述传动件(532)包括承载板(5321)和防护件(5322)，所述防护件(5322)设置于所述承载板(5321)的顶部，所述驱动源(531)与所述承载板(5321)相连接，所述防护件(5322)开设有防护腔，所述第三磁性件(510)和所述第四磁性件(520)均位于所述防护腔内，所述驱动源(531)通过所述承载板(5321)和所述防护件(5322)带动所述第三磁性件(510)和所述第四磁性件(520)运动。

6.根据权利要求5所述的半导体腔室，其特征在于，所述防护件(5322)包括第一板体(5322a)和第二板体(5322b)，所述第一板体(5322a)开设有容纳槽，所述第二板体(5322b)遮盖所述容纳槽的槽口，所述容纳槽与所述第二板体(5322b)围成所述防护腔。

7.根据权利要求5所述的半导体腔室，其特征在于，所述承载板(5321)和所述防护件(5322)的外形轮廓均为环形结构。

8.根据权利要求7所述的半导体腔室，其特征在于，所成承载板(5321)包括至少两个第一弧形板，所述至少两个第一弧形板拼接围成所述环形结构，

所述防护件(5322)包括至少两个第二弧形板，所述至少两个第二弧形板拼接围成所述环形结构。

9.根据权利要求2所述的半导体腔室，其特征在于，所述半导体腔室还包括驱动机构(530)，所述驱动机构(530)包括第一驱动源、第二驱动源、第一传动件(541)和第二传动件(542)；

所述第一驱动源与所述第一传动件(541)相连接，所述第一传动件(541)与所述第三磁性件(510)相连接，所述第一驱动源通过所述第一传动件(541)驱动所述第三磁性件(510)运动；

所述第二驱动源与所述第二传动件(542)相连接，所述第二传动件(542)与所述第四磁性件(520)相连接，所述第二驱动源通过所述第二磁性件(420)驱动所述第四磁性件(520)运动。

10.根据权利要求2所述的半导体腔室，其特征在于，所述第三磁性件(510)和所述第四磁性件(520)的数量可以均为多个，所述多个第三磁性件(510)和所述多个第四磁性件(520)均沿所述腔室本体(100)的周向间隔分布。

11.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述第二磁性装置(500)位于所述腔室本体(100)的外侧。

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