CN114657522A - 磁控溅射装置以及磁控溅射方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种磁控溅射装置以及磁控溅射方法，涉及半导体技术领域，包括：工艺室，所述工艺室开设有进气口和排气口；所述基座和所述靶材相对设置在所述工艺室的内腔；所述侧部磁性组件设置在所述工艺室的侧壁；所述侧部转动装置与所述侧部磁性组件驱动控制连接，用于控制所述侧部磁性组件转动。在上述技术方案中，当工艺室的侧部设置侧部磁性组件时，在通过该侧部磁性组件形成的磁场进行磁控溅射工艺的过程中，可以使其磁场中产生的粒子不再朝向工艺室的内侧壁沉积，或降低沉积效果。因此，便可以缓解或解决工艺室内侧壁沉积粒子的问题，使产生的粒子基本上全部沉积在晶圆上，提高晶圆的沉积效果。

Description

磁控溅射装置以及磁控溅射方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种磁控溅射装置以及磁控溅射方法。

背景技术

磁控溅射，是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。

磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。磁控溅射包括很多种类，但都是利用磁场与电场交互作用，使电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。

现有技术中，磁控溅射装置一般采用的是顶部固定磁铁进行溅射的方式，而顶部磁铁离子化产生的粒子，会有一部分沉积在工艺室的内侧壁上，这就会导致晶圆表面的沉积效果下降，同时，工艺室内侧壁上沉积的粒子如果掉落，也会造成晶圆工艺不良。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁控溅射装置以及磁控溅射方法，以解决现有技术中晶圆沉积效果下降以及工艺不良的技术问题。

本发明提供的一种磁控溅射装置，包括：

工艺室，所述工艺室开设有进气口和排气口；

基座和靶材，所述基座和所述靶材相对设置在所述工艺室的内腔；

侧部磁性组件，所述侧部磁性组件设置在所述工艺室的侧壁；

侧部转动装置，所述侧部转动装置与所述侧部磁性组件驱动控制连接，用于控制所述侧部磁性组件转动。

本发明还提供了一种磁控溅射方法，根据所述磁控溅射装置，步骤如下：

利用位于所述工艺室侧壁的侧部磁性组件在所述工艺室的内腔形成磁控磁场，进行磁控溅射，使轰击产生的粒子远离所述工艺室的侧壁。

本发明还提供了一种磁控溅射方法，根据所述磁控溅射装置，步骤如下：

利用所述联动控制装置协调控制所述侧部磁性组件和所述顶部磁性组件的转动速度。

在上述技术方案中，当工艺室的侧部设置侧部磁性组件时，在通过该侧部磁性组件形成的磁场进行磁控溅射工艺的过程中，可以使其磁场中产生的粒子不再朝向工艺室的内侧壁沉积，或降低沉积效果。因此，便可以缓解或解决工艺室内侧壁沉积粒子的问题，使产生的粒子基本上全部沉积在晶圆上，提高晶圆的沉积效果。同时，由于工艺室的内侧壁不再沉积粒子，所以也没有粒子掉落的风险，有效的保证了晶圆的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的磁控溅射装置的结构示意图1；

图2为本发明一个实施例提供的磁控溅射装置的结构示意图2；

图3为本发明一个实施例提供的转动环的结构示意图。

附图标记：

1、工艺室；2、基座；3、靶材；4、顶部磁性组件；5、侧部磁性组件；6、顶部转动装置；7、侧部转动装置；8、联动控制装置；9、进气管路；10、转动环；

11、进气口；12、排气口；

41、顶部磁性件；51、侧部磁性件；

1011、半环体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供的一种磁控溅射装置，包括：

工艺室1，所述工艺室1开设有进气口11和排气口12；

基座2和靶材3，所述基座2和所述靶材3相对设置在所述工艺室1的内腔；

侧部磁性组件5，所述侧部磁性组件5设置在所述工艺室1的侧壁；

侧部转动装置7，所述侧部转动装置7与所述侧部磁性组件5驱动控制连接，用于控制所述侧部磁性组件5转动。

由此可知，为了解决磁控溅射装置的工艺室1内侧壁参与沉积，进而导致晶圆表面的沉积效果下降的问题，因此本申请的磁控溅射装置在其工艺室1的侧壁设置侧部磁性组件5。其中，对于该侧部磁性件51来说，所述侧部磁性组件5可以包括若干侧部磁性件51，在安装该侧部磁性组件5时，可以直接将若干所述侧部磁性件51沿着所述工艺室1的周向均匀设置在其外侧壁。或者，若干所述侧部磁性件51也可以通过其他安装结构间接的安装在工艺室1的周向侧壁，只要能够使若干所述侧部磁性件51稳定的安装在工艺室1的周向侧壁，且能够对若干所述侧部磁性件51的转动进行控制即可。

在一个实施例中，结合图3所示，所述侧部磁性组件5可以包括转动环10和若干磁性件，若干所述磁性件在所述转动环10的周向均匀设置；此时，若干磁性件可以先沿着转动环10的周向安装在转动环10的内壁或外壁，然后再将转动环10套装在工艺室1的外壁上，此时就可以将若干磁性件以预设的间距或高度等结构，整体的安装在工艺上，不仅方便安装也可以方便拆卸。

此时，可以通过所述侧部转动装置7与所述转动环10转动控制连接，以驱动所述侧部磁性组件5转动，通过这种间接控制的方式可以保障转速控制的同步性和稳定性，也简化了控制结构。其中，所述转动环10可以包括2个半环体1011，2个所述半环体1011相对拼接构成所述转动环10，通过2个半环体1011的相对拼装和拆卸，便可以方便实现对转动环10的安装和拆卸。

所以，侧部转动装置7便可以对应的控制侧部磁性组件5的转动，具体为控制侧部磁性件51的转动，或通过控制所述转动环10转动进而间接控制侧部磁性件51的转动，此时可以通过对侧部磁性组件5所形成的磁场进行控制，调节溅射沉积过程。

同时，所述磁控溅射装置还包括：顶部磁性组件4，所述顶部磁性组件4设置在所述工艺室1的顶部。由此可知，为了解决磁控溅射装置的工艺室1内侧壁参与沉积，进而导致晶圆表面的沉积效果下降的问题，本申请的磁控溅射装置内不仅在其工艺室1的顶部安装了顶部磁性组件4，同时还在工艺室1的侧壁设置了侧部磁性组件5。

其中，该顶部磁性组件4可以包括若干顶部磁性件41，且在安装该顶部磁性组件4时，可以将若干所述顶部磁性件41相互平行排列，保证相邻所述顶部磁性件41的磁极相反设置，以此能够实现对磁场的有效、合理形成。当然除此之外，本领域技术人员还可以根据实际需求调整顶部磁性组件4中顶部磁性件41的数量、大小、位置以及相邻顶部磁性件41的磁极配合方式，在此便不做赘述。

此时，可以在基座2上放置待沉积的晶圆，在顶部顶部磁性组件4形成的磁场的作用下，电子在飞向晶圆过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子，新电子飞向晶圆，Ar离子在磁场作用下加速飞向靶材3，并以高能量轰击靶材3表面，使靶材33发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子便会沉积在晶圆上形成薄膜。

因此，由于若干侧部磁性件51沿着所述工艺室1的周向均匀设置，且位于工艺室1的外侧壁，所以若干侧部磁性件51便可以基于其均匀的周向排布结构，在工艺室1内形成均匀、稳定的磁场。

除此之外，本领域技术人员也可以根据实际需求调整侧部磁性组件5中侧部磁性件51的数量、大小、位置以及相邻侧部磁性件51的磁极配合方式，例如可以在工艺室1的某个特定位置调整侧部磁性件51的数量和排布方式，或者仅在工艺室1的某个特定位置排布该侧部磁性件51，以适应工艺需求，在此便不做赘述。

所以，当工艺室1内同时设置了顶部的顶部磁性组件4和周向的侧部磁性组件5时，在顶部顶部磁性组件4形成的磁场进行磁控溅射工艺的过程中，侧部磁性组件5形成的磁场也会与顶部磁性组件4形成的磁场形成综合作用，使该综合磁场中产生的粒子(中性的靶原子或分子)不再朝向工艺室1的内侧壁沉积，或降低内侧壁的沉积效果。

因此，通过侧部磁性组件5形成的磁场与顶部磁性组件4形成的磁场综合作用，便可以缓解或解决工艺室1的内侧壁沉积粒子的问题，使产生的粒子基本上全部沉积在晶圆上，提高晶圆的沉积效果和溅射效率。同时，由于工艺室1的内侧壁不再沉积粒子，所以也没有粒子掉落的风险，有效的保证了晶圆的质量。

进一步的，所述磁控溅射装置还包括：顶部转动装置6，所述顶部转动装置6与所述顶部磁性组件4驱动控制连接，用于控制所述顶部磁性组件4转动。所以，顶部转动装置6可以控制顶部磁性组件4的转动，具体为控制顶部磁性件41的转动，进而对顶部磁性组件4所形成的磁场进行控制，调节溅射沉积过程。

进一步的，所述磁控溅射装置还包括：联动控制装置8，所述联动控制装置8与所述顶部转动装置6和所述侧部转动装置7协调控制连接。其中，由于顶部转动装置6可以控制顶部磁性组件4的转动，调节溅射沉积的程度。侧部转动装置7也可以对应的控制侧部磁性组件55的转动，调节溅射沉积的程度。

所以，本申请提供了联动控制装置8，该联动控制装置8可以与所述顶部转动装置6和所述侧部转动装置7控制连接，根据溅射的过程需求，同步控制所述顶部转动装置6和所述侧部转动装置7，进而协调顶部磁性组件4所形成的磁场以及侧部磁性组件5所形成的磁场，通过协调顶部磁性组件4所形成的磁场以及侧部磁性组件5所形成的磁场，从而达到调节整体溅射沉积的效果，以满足具体的溅射沉积需求。

进一步的，所述磁控溅射装置还包括：进气管路9，所述进气管路9与所述进气口11连通；和/或，真空泵，所述真空泵与所述排气口12连通。所以可以采用该进气管路9向工艺室1的内腔投放氩气，对应的，所述工艺室1开设有排气口12，从而利用该排气口12将工艺室1的内腔排成真空状态。此时，所述真空泵与所述排气口12连接，进而利用该真空泵将工艺室1的内腔排成真空状态，提高操作效率。另外，基座2可以采用为加热台，所述磁控溅射装置也可以包括静电卡盘，使所述静电卡盘设置在所述基座2上，利用该静电卡盘装夹待处理的晶圆。

本发明还提供了一种磁控溅射方法，根据所述磁控溅射装置，步骤如下：利用位于所述工艺室1侧壁的侧部磁性组件5在所述工艺室1的内腔形成磁控磁场，进行磁控溅射，使轰击产生的粒子远离所述工艺室1的侧壁。

该磁控溅射方法通过磁控溅射装置的工艺室1中设置侧部磁性组件5的结构，当工艺室1的侧部设置侧部磁性组件5时，在通过该侧部磁性组件5形成的磁场进行磁控溅射工艺的过程中，可以使其磁场中产生的粒子不再朝向工艺室1的内侧壁沉积，或降低沉积效果。

因此，便可以缓解或解决工艺室1内侧壁沉积粒子的问题，使产生的粒子基本上全部沉积在晶圆上，提高晶圆的沉积效果。由于所述磁控溅射装置的具体结构、功能原理以及技术效果均在前文详述，在此便不再赘述。

进一步的，利用所述侧部转动装置7调整所述侧部磁性组件5的转动速度，所以侧部转动装置7便可以对应的控制侧部磁性组件5的转动，通过对侧部磁性组件5所形成的磁场进行控制，调节溅射沉积过程。由于所述磁控溅射装置的具体结构、功能原理以及技术效果均在前文详述，在此便不再赘述。

本发明还提供了一种磁控溅射方法，根据所述磁控溅射装置，步骤如下：利用所述联动控制装置8协调控制所述侧部磁性组件5和所述顶部磁性组件4的转动速度。所以，该联动控制装置8可以与所述顶部转动装置6和所述侧部转动装置7控制连接，根据溅射的过程需求，同步控制所述顶部转动装置6和所述侧部转动装置7，进而协调顶部磁性组件4所形成的磁场以及侧部磁性组件5所形成的磁场，通过协调顶部磁性组件4所形成的磁场以及侧部磁性组件5所形成的磁场，从而达到调节整体溅射沉积的效果，以满足具体的溅射沉积需求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种磁控溅射装置，其特征在于，包括：

工艺室，所述工艺室开设有进气口和排气口；

基座和靶材，所述基座和所述靶材相对设置在所述工艺室的内腔；

侧部磁性组件，所述侧部磁性组件设置在所述工艺室的侧壁；

侧部转动装置，所述侧部转动装置与所述侧部磁性组件驱动控制连接，用于控制所述侧部磁性组件转动。

2.根据权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述侧部磁性组件包括转动环和若干侧部磁性件，若干所述侧部磁性件在所述转动环的周向均匀设置；

所述侧部转动装置与所述转动环转动控制连接，以驱动所述侧部磁性组件转动。

3.根据权利要求2所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述转动环包括2个半环体，2个所述半环体相对拼接构成所述转动环。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的磁控溅射装置，其特征在于，还包括：

顶部磁性组件，所述顶部磁性组件设置在所述工艺室的顶部。

5.根据权利要求4所述的磁控溅射装置，其特征在于，还包括：

顶部转动装置，所述顶部转动装置与所述顶部磁性组件驱动控制连接，用于控制所述顶部磁性组件转动。

6.根据权利要求5所述的磁控溅射装置，其特征在于，还包括：

联动控制装置，所述联动控制装置与所述顶部转动装置和所述侧部转动装置协调控制连接。

7.根据权利要求4所述的磁控溅射装置，其特征在于，还包括：

进气管路，所述进气管路与所述进气口连通；和/或，

真空泵，所述真空泵与所述排气口连通。

8.一种磁控溅射方法，其特征在于，根据权利要求1-7中任一项所述的磁控溅射装置，步骤如下：

利用位于所述工艺室侧壁的侧部磁性组件在所述工艺室的内腔形成磁控磁场，进行磁控溅射，使轰击产生的粒子远离所述工艺室的侧壁。

9.根据权利要求8所述的磁控溅射方法，其特征在于，利用所述侧部转动装置调整所述侧部磁性组件的转动速度。

10.一种磁控溅射方法，其特征在于，根据权利要求6所述的磁控溅射装置，步骤如下：

利用所述联动控制装置协调控制所述侧部磁性组件和所述顶部磁性组件的转动速度。

Images