CN204455275U - 一种溅射工艺反应腔的内衬结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种溅射工艺反应腔的内衬结构，该内衬结构包括腔体、下内衬，所述下内衬包括相互之间可拆卸连接的固定部和调节部，其中，固定部与腔体相固定，并且，通过上下移动调节部的位置，能够调节下内衬高度方向的整体尺寸。本实用新型通过将下内衬设置成由固定部和调节部两部分组成，实现对下内衬高度方向整体尺寸的大范围的调节，将之与反应腔内底座的调节相结合，则同时实现了靶基间距小幅度及大幅度的调整，大幅提高了实验效率，且不增加反应腔体的加工成本。

Description

一种溅射工艺反应腔的内衬结构

技术领域

本实用新型涉及一种溅射工艺中的反应腔，尤其是反应腔中的内衬结构。

背景技术

在半导体集成电路制造过程中，溅射工艺(或称为物理气相沉积(PVD))被用于沉积许多种不同的金属层及相关材料层。其中应用最为广泛的溅射工艺之一是直流磁控溅射技术。

典型的直流磁控溅射设备如图1所示，该设备具有圆环型反应腔体1。真空泵系统2可对反应腔体进行抽气而达到约10^-6Torr的背底真空度。通过流量计3连接到腔体的气体源4可供给溅射反应气体，如氩气、氮气等。5为承载基片的底座(带加热或冷却功能)。6为靶材，其被密封在真空腔体上。7为一种绝缘材料(例如G10)，该材料和靶材6中间充满了去离子水8。溅射时DC电源会施加偏压至靶材6，使其相对于接地的腔体成为负压，以致氩气放电而产生等离子体，将带正电的氩离子吸引至负偏压的靶材6。当氩离子的能量足够高时，会使金属原子逸出靶材表面并沉积在基片上。

为了获得更大的等离子体密度、溅射沉积速率以及靶材利用率，在靶材背部使用了磁控管9，其包括具有相反极性的内外磁极。在靶材6的表面内磁极以及外磁极之间散布的磁场可以迫使等离子中的电子按照一定的轨道运动，增加了电子的运动时间，从而增加了电子和要电离的气体的碰撞的机会，从而得到高密度的等离子体区10，可大幅度的提高溅射沉积速率。如果该磁控管为非平衡的磁控管(即外磁极的总磁场强度远大于内磁极的总磁场强度，如大于两倍或两倍以上)，则非平衡磁场会从靶材6朝向基片11投射而使等离子体扩展，并将溅射出来的离子导向基片，同时减小等离子体扩展至侧壁。马达12会驱动固定磁极的不锈钢平板沿中央轴转动，这样可在各个角度上产生时间均化磁场，以达到更均匀的靶材溅射型态。因此磁控管所控的电子的轨道不仅会影响不同位置的靶材的侵蚀速率，影响靶材的寿命，而且还会影响薄膜的沉积的均匀性。

在薄膜沉积的过程中为了满足不同工艺的需求，经常需要控制薄膜的均匀性和薄膜Rs、电阻率、形貌一致性。对均匀性和一致性影响最大的一个因素之一就是靶基间距。在不同的工艺需求下经常需要变换不同的靶基间距来满足不同的需求。如：在深孔沉积时，需要满足深孔的侧壁及顶部覆盖率(Stepcoverage)，这时一般会采用靶基间距较大的沉积方式，以便于增加粒子在深孔里的入射角度，这样更容易沉积更多的薄膜至深孔中。然而，在沉积平面薄膜时，由于靶基间距较大的沉积方式沉积速率较慢，一般采用靶基间距较小的沉积方式，这样可以大大增加薄膜的沉积速率，满足产能的需求。

图2为现有溅射工艺反应腔内部结构示意图。图中13-1为压环内壁，13-2为压环外壁，14为下内衬，16为上内衬。如图中所示，基片11放置在底座5上；工艺时，压环13压在基片11上，以自身重力保证基片11在工艺过程中不会发生偏移，工艺结束之后基片11和压环13分离，压环13架在下内衬14上(工艺中压环不与下内衬接触)。基片11到靶材6的靶基间距由两方面因素决定：一方面，可通过改变底座5的位置进行调整。底座5升高，靶基间距减小，底座5降低，靶基间距增大。由于采用这种方式调整靶基间距时不仅需要控制工艺时压环不能超出下内衬的卡位高度造成压环与下内衬之间无屏蔽，且不允许工艺时压环与下内衬接触，造成接地，因此采用这种方式对靶基间距进行调整时只能进行较小的靶基间距调整，约在2cm范围内。另一方面，可以通过更换反应腔体1上的适配器15来进行调整。如果需要靶基间距较大，那么选用的适配器15的高度较高，如果需要的靶基间距较小，那么选用的适配器15的高度较矮。利用更换适配器15来改变靶基间距的方式会造成很多问题，不同的靶基间距需要重新加工大量的适配器以及配合该适配器的上内衬和下内衬，加工周期较长，导致设备成本增加，周期过长。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种溅射工艺反应腔的内衬结构。采用该内衬结构能够方便地对靶基间距进行大尺寸的调整，消除了以往采用适配器调整所带来的诸多问题。

为实现上述目的，本实用新型技术解决方案如下：

一种溅射工艺反应腔的内衬结构，包括腔体、下内衬，所述下内衬包括相互之间可拆卸连接的固定部和调节部，其中，固定部与腔体相固定，并且，通过上下移动调节部的位置，能够调节下内衬高度方向的整体尺寸。

进一步，所述固定部和调节部之间通过螺钉或销钉可拆卸连接，固定部和调节部上均设置与所述螺钉或销钉相配的安装孔。

进一步，所述固定部和所述调节部至少其中之一上设置有若干个分布在不同高度位置的安装孔，通过将固定部和调节部上不同高度位置的安装孔进行组合，以调节所述下内衬高度方向的整体尺寸。

进一步，所述固定部和所述调节部其中之一上的所述安装孔为长孔，并利用该长孔与固定部或调节部上的安装孔相配合，来调节所述下内衬高度方向的整体尺寸。

本实用新型通过将下内衬设置成由固定部和调节部两部分组成，实现对下内衬高度方向整体尺寸的大范围的调节，将之与反应腔内底座的调节相结合，则同时实现了靶基间距小幅度及大幅度的调整，大幅提高了实验效率，且不增加反应腔体的加工成本。本实用新型内衬结构适用于不同工艺目的对靶基间距大范围和较频繁的调整需求。

附图说明

图1为现有磁控溅射设备结构示意图；

图2为现有反应腔体内部结构示意图；

图3为本实用新型反应腔体结构示意图；

图4为本实用新型中下内衬固定部和调节部上的安装孔分布示意图；

图5为下内衬固定部和调节部上的安装孔另一种形式分布示意图。

具体实施方式

下面结合实施例说明本实用新型。

如3所示为本实用新型优选实施例。如图中所示，该实施例中，下内衬14包括固定部14-1和调节部14-2，固定部14-1与腔体1相固定，调节部14-2通过螺钉17与固定部14-1可拆卸连接，相应地，固定部14-1和调节部14-2上设置有与螺钉17相配的安装孔。

如图4、图5所示，固定部14-1上高度方向设置有两行安装孔，调节部14-2上高度方向设置有三行安装孔，这样，通过固定部14-1和调节部14-2上不同高度位置上的安装孔相组合，即可组合出高度方向具有不同整体尺寸的下内衬14，并由此实现对下内衬14高度尺寸的调节。

因底座5本身高度方向的调节范围远超过2cm，因而，通过改变下内衬14的高度尺寸，即可通过底座5实现对靶基间距的大范围调整。

本实用新型的核心在于将下内衬14设置成高度尺寸能够调节，因而上述示例中固定部14-1和调节部14-2的连接形式只是一种优选的形式，除此之外，

螺钉17可以替换成销钉；

调节部14-2上的安装孔还可以如图5中所示，设置成长孔，而此时固定部14-1只设置一行安装孔即可；当然，也可以将长孔设置在固定部14-1上，而在调节部14-2上设置一行安装孔。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种溅射工艺反应腔的内衬结构，包括腔体、下内衬，其特征在于，所述下内衬包括相互之间可拆卸连接的固定部和调节部，其中，固定部与腔体相固定，并且，通过上下移动调节部的位置，能够调节下内衬高度方向的整体尺寸。

2.如权利要求1所示的内衬结构，其特征在于，所述固定部和调节部之间通过螺钉或销钉可拆卸连接，固定部和调节部上均设置与所述螺钉或销钉相配的安装孔。

3.如权利要求2所示的内衬结构，其特征在于，所述固定部和所述调节部至少其中之一上设置有若干个分布在不同高度位置的安装孔，通过将固定部和调节部上不同高度位置的安装孔进行组合，以调节所述下内衬高度方向的整体尺寸。

4.如权利要求2所示的内衬结构，其特征在于，所述固定部和所述调节部其中之一上的所述安装孔为长孔，并利用该长孔与固定部或调节部上的安装孔相配合，来调节所述下内衬高度方向的整体尺寸。