CN211199389U

CN211199389U - 一种半导体设备

Info

Publication number: CN211199389U
Application number: CN201921573738.1U
Authority: CN
Inventors: 林信南; 游宗龙; 刘美华; 李方华; 児玉晃; 板垣克則
Original assignee: SHENZHEN JINGXIANG TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHENZHEN JINGXIANG TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2029-09-20

Abstract

本实用新型提出一种半导体设备，包括：生长腔体；基座，设置在所述生长腔体内，所述基座允许设置基板；靶材，设置在所述生长腔体内；磁体，设置在所述靶材的相对位置上；其中，所述生长腔体上设置至少两个进气口，所述至少两个进气口是设置于所述生长腔体的相对两侧上。本实用新型提出的半导体设备设计合理，结构简单，可提高镀膜的均匀性。

Description

一种半导体设备

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，本实用新型涉及一种半导体设备。

背景技术

在高世代TFT-LCD、OLED等制造行业中，普遍采用立式平面靶材的磁控溅射技术来在玻璃基板上沉积膜层。

在利用现有技术中的立式磁控溅射设备进行镀膜的过程中，由于进气口位于腔体的顶部，溅射气体需要进过扩散作才能到腔体的底部(充满整个腔体)，整个扩散过程较慢，耗费大量时间，从而影响设备的产能。而且，采用现有的通气方式，使得靶材表面的溅射气体浓度常常不均匀，从而造成玻璃基板上成膜不均匀。同时，靶材与背板通过铟贴合，长期溅射会导致靶材表面温度过高，不仅会导致靶材表面状态不稳而且容易使得贴合材料熔融，对生产稳定性产生影响。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本实用新型提出一种半导体设备，以提高镀膜的均匀性。

为实现上述目的及其他目的，本实用新型提出一种半导体设备，该半导体设备包括：

生长腔体；

基座，设置在所述生长腔体内，所述基座允许设置基板；

靶材，设置在所述生长腔体内；

磁体，设置在所述靶材的相对位置上；

其中，所述生长腔体上设置至少两个进气口，所述至少两个进气口是设置于所述生长腔体的相对两侧上。

在一实施例中，所述至少两个进气口分别连接一进气管道。

在一实施例中，所述进气管道包括外套管及内套管。

在一实施例中，所述外套管上包括第一排气孔，所述内套管上包括第二排气孔。

在一实施例中，所述第一排气孔的尺寸小于所述第二排气孔的尺寸。

在一实施例中，所述第一排气孔与所述第二排气孔错开或重叠或部分重叠。

在一实施例中，所述进气管道包括弯曲形状。

在一实施例中，所述进气管道通过支管连接外部气源。

在一实施例中，所述支管上包括一调节器。

在一实施例中，所述生长腔体上还包括一抽气口。

本实用新型提出一种半导体设备，通过在生长腔体内设置至少两个进气口，然后在进气口上连接一进气管道，该进气管道包括外套管及内套管，且外套管和内套管上的排气孔的尺寸不同，溅射气体从进气口通入进气管道并通过排气孔进入到生长腔体内，从而使得溅射气体能较快的充满整个生长腔体，同时通过上述通气方式可有效保证生长腔体内溅射气体浓度的均匀，从而提高镀膜的均匀性。

附图说明

图1：本实施例提出的半导体设备的结构示意图。

图2：本实施中进气管道的结构示意图。

图3：图2中标注部分的放大图。

图4：本实施例中进气管道的底部示意图。

图5：本实施例中进气管道的另一结构示意图。

图6：本实施例中进气口的另一结构示意图。

图7：本实施例中进气口的另一结构示意图。

图8：本实施例中进气口的另一结构示意图。

图9：本实施例中进气口的另一结构示意图。

图10：本实施例提出的另一种半导体设备的简要示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

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实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型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。

以下说明阐述许多特定细节，比如工艺腔室配置和材料体系，以提供对本实用新型实施例彻底的理解。对本领域技术人员显而易见的是本实用新型的实施例可在没有这些特定细节的情况下被实施。在其他情况中，不详述诸如特定二极管配置之类的熟知的特征，以免让本发明的实施例变得晦涩难懂。另外，应理解各图所示各种实施例是示例性说明，而没有必要地按比例绘制。此外，本文实施例中可能未明确揭示其他布置和配置，但所述其他布置和配置仍被视为在本实用新型的精神和范围内。

请参阅图1，本实施例提出一种半导体设备100，该半导体设备100包括生长腔体110，基座111，靶材112，磁体114及设置在生长腔体110相对两侧的进气口119a及119b。

请参阅图1，在本实施例中，该基座111设置在生长腔体110内，基座111可设置在生长腔体110的底端，在基座111上放置多个基板1111，例如可放置四个或六个或更多个基板1111，在本实施例中，基座111上设置一个基板1111，基板1111可设置在基座111的正面上。在一些实施例中，基座111的直径范围例如为200mm-800mm，例如在400-600mm。基座111可由多种材料形成，包括碳化硅或涂有碳化硅的石墨。在一些实施例中，基座111包括碳化硅材料并具有2000平方厘米或以上的表面积，例如为5000平方厘米或以上，又例如为6000平方厘米或以上。在本实施例中，该基板1111例如为硅衬底或碳化硅或蓝宝石或氧化锌，可例如在硅衬底或碳化硅衬底上形成金属化合物薄膜，例如为氮化铝膜或氮化镓膜，例如为(002)取向的氮化铝膜。在本实施例中，基座111还连接一驱动单元117，驱动单元117 连接控制单元116，驱动单元117用于驱动基座111上升或下降，驱动单元117可以采用诸如伺服电机或步进电机等的驱动装置，控制单元116用于在磁控溅射的过程中控制驱动单元 117驱动基座111上升，以使靶材112与基座111的间距始终保持预定值不变，该预定值可以根据具体需要设定为可获得理想的薄膜均匀性、沉积速率等的工艺结果的最优值。因此，通过借助控制单元116在磁控溅射的过程中控制驱动单元117驱动基座111上升，以使靶基间距始终保持最优值不变，可以提高薄膜均匀性和沉积速率，进而可以提高工艺质量。控制单元116可以采用上位机或PLC等。在其他实施例中，基底111还可连接一旋转装置，旋转装置用于在膜沉积期间使基底111旋转，进一步改善镀膜的厚度均匀性，及改善镀膜的应力均匀性。

值得说明的是，在一些实施例中，半导体设备100还可例如包括负载锁定室、承载盒和选择性附加的MOCVD反应腔室(未显示)以供大量应用。

在一些实施例中，基板的选择包括但不限于蓝宝石，SiC，Si，金刚石，LiAlO₂，ZnO、W，Cu，GaN，AlGaN，AlN，碱石灰/高硅玻璃，具有匹配的晶格常数与热膨胀系数的基板、与生长于基板上的氮化物材料相容的基板或根据生长于基板上的氮化物材料而被处理(engineered)的基板、在要求的氮化物生长温度下呈热与化学稳定的基板以及未图案化或图案化的基板。在一些实施例中，靶材的选择包括，但不限于含Al金属、合金、化合物，比如Al、AlN、AlGa、Al₂O₃等，且靶材可以II/IV/VI族元素掺杂，以改善层相容性与装置性能。在一实施例中，溅射工艺气体可包括，但不限于，比如N₂、NH₃、NO₂、NO等的含氮气体和比如Ar、Ne、Kr等的惰性气体。

在一些实施例中，本实施例的半导体设备可涉及用于形成高质量缓冲层和III-V族层的设备和方法，所述高品质缓冲层和III-V族层可用来形成可能的半导体组件，如射频组件、功率组件、或其它可能组件。

请参阅图1，在本实施例中，靶材112设置在生长腔体110的顶部，溅射电源120与靶材112电连接，在磁控溅射过程中，溅射电源120向靶材112输出溅射功率，以使在生长腔体110内形成的等离子体刻蚀靶材112，溅射电源120可以包括直流电源、中频电源或射频电源。靶材112具有至少一个表面部分是由将在设置在基座111上的基板1111上溅射沉积的材料组成的。在一些实施例中，当形成例如氮化铝的缓冲层时，使用大体上的纯铝靶材形成含AlN的缓冲层，通过使用包括惰性气体(例如氩气)和含氮气体的等离子体而溅射所述纯铝靶材。在一些实施例中，在将一或更多个外延准备就绪的基板1111载入生长腔体110之后，通过使用含铝靶材和含氮处理气体在基板1111上沉积连续的AlN薄膜。在一些实施例中，靶材112可由一材料形成，所述的材料选自但不限于以下群组：大体上的纯铝、含铝合金、含铝化合物(如AlN、AlGa、Al₂O₃)和掺杂有II/IV/VI族元素以改良层兼容性和装置性能的含铝靶材。在溅射工艺期间使用的处理气体可包括但不限于含氮气体和惰性气体，含氮气体如氮气(N₂)、氨气(NH₃)、二氧化氮(NO₂)、氧化氮(NO)等等，惰性气体如氩气(Ar)、氖气(Ne)、氪气(Kr)等等。在一些实施例中，可通过用掺杂靶材料和/或将掺杂气体输送至所产生溅射等离子体来将掺杂原子添加至沉积薄膜，以调节沉积PVD AlN缓冲层的电特性、机械特性和光学特性，例如以使得薄膜适合在其上制造III族氮化物装置。在一些实施例中，生长腔体110内形成的薄膜(例如AlN缓冲层)的厚度在0.1-1000纳米之间。

请参阅图1，磁体114位于靶材112的上方，磁体114固定在固定板113上，固定板113连接旋转单元115，该旋转单元115带动固定板113绕自身的中心轴旋转，从而带动磁体114旋转，且旋转单元115的中心轴穿过靶材112的中心轴，因此，磁体114围绕靶材112的中心轴旋转，由此形成一均匀的弧形磁场。该均匀的弧形磁场均匀扫描到靶材112的每个位置，以在靶材112的溅射面附近电离出更多的氩离子，使氩离子能均匀地溅射靶材112的整个表面的各个位置，提高靶材112的利用率和溅射时的均匀性，从而提高沉积薄膜的质量。

请参阅图1-3，在本实施例中，该生长腔体110上至少包括两个进气口，例如包括第一进气口119a及第二进气口119b，第一进气口119a及第二进气口119b分别设置在生长腔体110 的相对两侧上，第一进气口119a及第二进气口119b相互对称，通过第一进气口119a及第二进气口119b可向生长腔体110内输入气体。在本实施例中，第一进气口119a及第二进气口 119b分别连接一个进气管道200，该进气管道200包括外套管210及内套管220，内套管220 平行设置在外套管210内，内套管220的一端可以与外套管210的一端连接，形成封闭的环形空腔。该进气管道200的一端连接在进气口上，该进气管道200的另一端可接触生长腔体 110的内壁或者进气管道200的另一端与生长腔体110的内壁具有一定的间隙。外套管210 上包括多个第一排气孔211，内套管210上包括多个第二排气孔221，多个第一排气孔211分别均匀设置在外套管210上，多个第二排气孔221分别均匀设置在内套管220上，其中，第二排气孔221的尺寸大于或等于第一排气孔211的尺寸，因此第一排气孔211与第二排气孔 221可相互错开或部分重叠或重叠。在本实施例中，第一排气孔211的尺寸小于第二排气孔 221的尺寸，且第一排气孔211和第二排气孔221相互错开，第一排气孔211及第二排气孔221例如为圆形，长方形，三角形中的一种或其组合。外部气流先进入内套管220内，然后通过内套管220上的第二排气孔221进入到环形空腔中，再由外套管210上的第一排气孔211较均匀地进入到生长腔体110内，这样进入到生长腔体110内的气流的流速可得到较大程度的减缓、且不会紊乱，从而大大减轻了因气流冲击带来的设备及产品的震动，避免出现设备硬伤、产品破损的现象，同时进入生长腔体110内的气流均匀，也可以提高镀膜的均匀性。

请参阅图2，在本实施例中，该进气管道200通过一支管230连接在进气口上，该支管 230，该支管230的一端固定在进气口上，该支管230的另一端连接在外套管210内，在生长腔体110的外壁上还设置一排气管240，排气管240与生长腔体110的外壁保持密封状态，该排气管240设置在进气口上，排气管240还连接一外部气源250，通过该外部气源250通过排气管240向支管230内输送气体，当气体进入到内套管220后，通过内套管220上的多个第二排气孔221进入到外套管210内，然后通过外套管210上的多个第一排气孔211进入到生长腔体110内，这样进入到生长腔体110内的气流的流速可得到较大程度的减缓、且不会紊乱，从而大大减轻了因气流冲击带来的设备及产品的震动，避免出现设备硬伤、产品破损的现象，同时进入生长腔体110内的气流均匀，也可以提高镀膜的均匀性。在一些实施例中，还可在支管230或排气管240上设置一气流调节器，该气流调节器可用于调整进气进气管道200内的气体流速。

请参阅图4，在一些实施例中，内套管220底部与外套管210的底部之间具有一定的间隙，该间隙例如2-3mm。在内套管220的底部上设置有多个第二排气孔221，在外套管210的底部上设置有多个第一排气孔211，同时第二排气孔221的直径大于第一排气孔211的直径，因此第一排气孔211的相对密度大于第二排气孔221的相对密度，同时第一排气孔211与第二排气孔221相互错开或重叠或部分重叠。在本实施例中，在进气管道200的一端上设有多个通孔，可进一步提高气流进入生长腔体110的均匀性。

请参阅图5，在一些实施例中，可将进气管道200设置成螺旋状，在该螺旋状的进气管道200上设置多个排气孔，通过将进气管道200设置成螺旋状，延长了进气管道200的长度，进一步提高了气流进气生长腔体110的均匀性，由此可进一步提高镀膜的均匀性。在一些实施例中，可将该进气管道200全部设置成螺旋状，还可以将进气管道200的部分设置成螺旋状，或者将该进气管道200设置成其他弯曲形状。在一些实施例中，还可根据生长腔体110 内的镀膜生长情况，调整该螺旋状进气管道200的直径，或者调整该螺旋状进气管道200上的排气孔的直径及位置，以提高镀膜的均匀性。

在一些实施例中，在该进气管道200外套设置一加热装置，通过该加热装置可以对进气管道200内的气体进行加热，使得通入生长腔体110内的气体更容易离化。在其他实施例中，加热装置可设置在内套管220内，从而直接对进气管道200内的气体进行直接加热，或者加热装置对支管230或排气管240进行加热，从而对气体进行间接加热。

请参阅图1，在本实施例中，该生长腔体110设有两个相对设置的进气口，该两个进气口可同时对生长腔体110输送气体，例如通过第一进气口119a对生长腔体110输送氮气或氩气，通过第二进气口119b对生长腔体110输送氩气或氮气。在一些情况下，还可以关闭第一进气口119a，打开第二进气口119b，第一进气口119a及第二进气口119b还可输入混合气体。在其他实施例中，还可设置例如四个或六个进气口。

请参阅图1，在本实施例中，在生长腔体110的底部上设置有一抽气口，该抽气口连接抽气泵118，通过该抽气泵118对生长腔体110进行抽真空处理，以使得该生长腔体110保证真空状态。在一些实施例中，还可在生长腔体110的底部上设置有多个抽气口，以提高抽真空速度。

请参阅图6，在一些实施例中，在生长腔体110的侧壁上设置四个进气口，分别为第一进气口119a，第二进气口119b，第三进气口119c及第四进气口119d。所述四个进气口分别连接一进气管道200，通过该四个进气口向该生长腔体110输入气体，由此可提高气体在生长腔体110内的均匀性，从而能够提高镀膜的均匀性。

请参阅图7，在一些实施例中，在生长腔体110的侧壁上设置有两个进气口，分别为第一进气口119a及第二进气口119b。第一进气口119a及第二进气口119b相互错开。在第一进气口119a及第二进气口119b分别接入一进气管道200，该进气管道200上包括多个排风孔201，以便气体进入生长腔体110后变得更加均匀。第一进气口119a及第二进气口119b连接的进气管道200的直径可相同或不同，以便调节气体的流速。

请参阅图8，在一些实施例中，在生长腔体110的侧壁上设有一进气口119a，在第一进气口119a接入一进气管道200，在进气管道200上包括多个排风孔201，多个排风孔201的直径可相同或不同，以便调节气体的流速。

请参阅图9，在一些实施例中，在生长腔体110的顶部设置多个进气口，分别为第一进气口119a及第二进气口119b，在第一进气口119a及第二进气口119b分别接入一进气管道200，进气管道200位于靶材112的上方，该进气管道200上包括多个排风孔201，以便气体进入生长腔体110后变得更加均匀，提高靶材112的溅射均匀性和靶材112的利用率，以提高镀膜的均匀性。第一进气口119a及第二进气口119b连接的进气管道200的直径可相同或不同，以便调节气体的流速。

请参阅图10，本实施例还提出另一种半导体设备10，包括预热腔体11，生长腔体110，冷却腔体13及成品腔体14，其中，预热腔体11，生长腔体110，冷却腔体13及成品腔体14依次连接，该半导体设备10还包括真空泵15及控制面板16，其中真空泵15连接预热腔体11，生长腔体110及冷却腔体13。控制面板16连接预热腔体11，生长腔体110，冷却腔体 13及真空泵15。预热腔体11对基板预热至一定的温度，然后通过机械手臂将基板输送至生长腔体110，当基板完成镀膜工作后，机械手臂继续将该基板输送至冷却腔体13中，基板在冷却腔体13冷却至一定的温度后，通过机械手臂将该基板输送至成品腔体14中进行保存。本实施例中，通过真空泵15控制预热腔体11，生长腔体110及冷却腔体13的真空度，通过控制面板16控制预热腔体11，生长腔体110及冷却腔体13内的各组件，控制面板16还用于控制真空泵15。在一些实施例中，还可在该半导体设备10上设置多个生长腔体110，以提高工作效率。

在一些实施例中，可通过控制器提供多腔室处理平台的适当控制。控制器可以是任何形式的通用数据处理系统之一，控制器能用于工业设定来控制各种子处理器和子控制器。通常，控制器包括中央处理单元(CPU)，CPU与存储器和在其他共用元件当中的输入/输出(I/O)电路通信。作为一实例，控制器可执行或以其他方式初始化本文所述的任何方法/工艺的操作的一或更多个操作。执行和/或初始化这些操作的任何计算机程序代码可表现成电脑程序产品。本文所述的每个电脑程序产品可由计算机可读取媒介(例如软盘、光盘、DVD、硬盘驱动器、随机存取存储器等)运行。

综上所述，本实用新型提出一种半导体设备，通过在生长腔体的相对两侧上设置多个进气口，以提高气流入生长腔体的均匀性，从而可提高镀膜的均匀性。本实用新型提出的半导体设备结构简单，设计合理。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本实用新型的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims

1.一种半导体设备，其特征在于，包括：

生长腔体；

基座，设置在所述生长腔体内，所述基座允许设置基板；

靶材，设置在所述生长腔体内；

磁体，设置在所述靶材的相对位置上；

2.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于：所述至少两个进气口分别连接一进气管道。

3.根据权利要求2所述的半导体设备，其特征在于：所述进气管道包括外套管及内套管。

4.根据权利要求3所述的半导体设备，其特征在于：所述外套管上包括第一排气孔，所述内套管上包括第二排气孔。

5.根据权利要求4所述的半导体设备，其特征在于：所述第一排气孔的尺寸小于所述第二排气孔的尺寸。

6.根据权利要求4所述的半导体设备，其特征在于：所述第一排气孔与所述第二排气孔错开或重叠或部分重叠。

7.根据权利要求3所述的半导体设备，其特征在于：所述进气管道包括弯曲形状。

8.根据权利要求3所述的半导体设备，其特征在于：所述进气管道通过支管连接外部气源。

9.根据权利要求8所述的半导体设备，其特征在于：所述支管上包括一调节器。

10.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于：所述生长腔体上还包括一抽气口。