CN212051630U

CN212051630U - 一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体

Info

Publication number: CN212051630U
Application number: CN202020319044.1U
Authority: CN
Inventors: 巨锦华; 林晓东
Original assignee: Zhongke Micro Electrical Mechanical Technology Beijing Co ltd
Current assignee: Zhongke Micro Electrical Mechanical Technology Beijing Co ltd
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2030-03-16

Abstract

本实用新型公开了一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，包括腔体，安装在腔体上部的驱动装置、磁性件和靶材，置于腔体内的护板、基片和加热器，安装在腔体侧壁的低温泵；驱动装置和磁性件相连接，靶材置于磁性件的下方，基片通过基座压环安装在加热器上并置于护板围成的空间内，护板安装在靶材与加热器之间，还包括腔体混合进气装置、筛形分气装置和转轴，筛形分气装置安装在腔体内部，腔体的侧壁设置总进气口，腔体混合进气装置通过总进气口与筛形分气装置连通，转轴与加热器连接，用于带动加热器上的基片匀速旋转。本实用新型通过设置腔体混合进气装置、筛形分气装置和转轴，提高了气体分布均匀性和金属氧化物薄膜均匀性。

Description

一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体

技术领域

本实用新型涉及半导体工艺技术领域，具体的涉及一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体。

背景技术

磁控溅射，主要用于金属及金属化合物薄膜的制备，因其镀膜效率高、粘附性好等优点，在半导体领域被广泛应用。磁控溅射通过电场和磁场的共同作用，将离化的惰性气体离子轰击阴极靶材表面，使靶材以原子或分子的形式被溅射下来，沉积在衬底上形成薄膜。

随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）技术的发展，不同的器件对薄膜材料的要求各不相同，金属氧化物薄膜材料特别是含有可变价态的金属氧化物薄膜材料，因其关键技术指标——薄膜均匀性没有成熟的制程而受到大规模应用的限制。本申请就是实用新型了一种新颖的磁控溅射腔体结构，来提升金属氧化物薄膜的均匀性。

在现有技术中，磁控溅射腔体结构包括：电机、磁铁、靶材、低温泵、加热器、护板等。金属氧化物薄膜沉积过程中，磁铁在电机的带动下，以一定的转速旋转，氧气和氩气分两路进入腔体，氩气被离化为氩离子在电场的作用下高速飞向阴极靶材，被溅射出的金属粒子与氧气结合形成金属氧化物沉积在基片表面形核成膜，在此过程中产生的二次电子受到电场和磁场的共同作用继续轰击靶材来提升溅射率。其中护板对腔体进行保护，避免将靶材材料溅射到腔体上而污染腔体；低温泵保持腔体内所需要的真空度；加热器对基片进行加热，加速粒子间的反应。

现有技术的缺点是由于氧气和氩气分两路进入腔体，氧气在腔体中分布不均匀；另外从靶材溅射下来的粒子方向不统一，在基片上同一区域同一时刻会有来自不同方向的粒子堆叠，所以金属氧化物薄膜的均匀性较差。

鉴于此，特提出本实用新型。

发明内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，具体技术方案如下：

一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，包括腔体，安装在腔体上部的驱动装置、磁性件和靶材，置于腔体内的护板、基片和加热器，安装在所述腔体侧壁的低温泵；所述驱动装置和磁性件相连接，所述靶材置于磁性件的下方，所述基片通过基座压环安装在加热器上并置于护板围成的空间内，所述护板安装在靶材与加热器之间，还包括腔体混合进气装置、筛形分气装置和转轴，所述筛形分气装置安装在腔体内部，所述腔体的侧壁设置总进气口，腔体混合进气装置通过总进气口与筛形分气装置连通，所述转轴与加热器连接，用于带动加热器上的基片匀速旋转；所述腔体混合进气装置包括流量控制器、气体混合管道和气体分路管道，流量控制器分别控制氩气和氧气的流量，氩气和氧气进入气体混合管道混合后经由气体分路管道和进气口进入筛形分气装置。

进一步地，所述筛形分气装置由外环进气口、外环、内环和内圆面组成，所述总进气口与外环进气口连通，所述外环上设置与内环连通的外环出气管，所述内环上均匀设置与内圆面连通的内环出气孔，所述内环出气孔与外环出气管在气流方向上错开设置，所述内圆面上均匀设置若干圆孔，呈筛网状。

优选地，所述转轴转速为1.5r/min~4r/min。

进一步地，所述驱动装置为电机。

优选地，所述外环进气口为2个，所述外环出气管的数量为2N个，所述内环出气孔的数量为8N，其中N为大于等于1的自然数。

优选地，所述外环直径260~330mm。

优选地，所述内环直径150~280mm。

优选地，所述内环出气孔的孔径为0.5mm。

优选地，所述圆孔直径为10mm，相邻圆孔的距离为1mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型采用腔体混合进气装置，以先分开再混合进气的方式，不仅能精确控制工艺所需氩气和氧气的流量，而且较大流量的氩气携带较小流量的氧气进入真空腔体，借助较大流量气体氩气的向心矢量，使得较小流量的氧气更易向腔体中心分布，有效解决了腔体中心区域氧气浓度低的问题，提升了金属氧化物薄膜均匀性；

（2）本实用新型采用筛形分气装置，使得气体更加均匀的分布在基片平面的上方，提高了气体分布均匀性，有效提升了薄膜的均匀性；此外，被溅射下来的粒子经过筛形分气装置内圆面的过滤，圆孔会使方向较为统一的粒子沉积到以一定转速旋转的基片上，进一步提升了金属氧化物薄膜的均匀性；

（3）本实用新型中基片置于加热器上并在转轴的带动下匀速旋转，薄膜沉积过程中，不同时刻沉积的粒子落在基片的不同区域，提升了金属氧化物薄膜的均匀性。

附图说明

图1是本实用新型磁控溅射腔体的结构示意图；

图2是本实用新型中筛形分气装置的结构示意图；

其中，101、腔体；102、流量控制器；103、气体混合管道；104、气体分路管道；105、驱动装置；106、磁性件；107、靶材；108、基座压环；109、总进气口；110、护板；111、低温泵；112、基片；113、加热器；114、转轴；115、外环进气口；116、外环；117、内环；1711、内环出气孔；118、外环出气管；119、内圆面；1191、圆孔；120、筛形分气装置；121、腔体混合进气装置。

具体实施方式

下面结合图1至图2，对本实用新型的实施方式和具体的操作过程作详细说明，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

本实用新型公开了一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，参见图1，包括腔体101，安装在腔体101上部的驱动装置105、磁性件106和靶材107，置于腔体101内的护板110、基片112和加热器113，安装在腔体101侧壁的低温泵111，腔体混合进气装置121、筛形分气装置120和转轴114；驱动装置105和磁性件106相连接，优选驱动装置105为电机，靶材107置于磁性件106的下方，基片112通过基座压环108安装在加热器113上并置于护板110围成的空间内，护板110安装在靶材107与加热器113之间，筛形分气装置120安装在腔体101内部，腔体101的侧壁设置总进气口109，在本实施例中，优选设置2个总进气口109，分别对称设置在左侧壁和右侧壁，腔体混合进气装置121通过总进气口109与筛形分气装置120连通，转轴114与加热器113连接，用于带动加热器112上的基片112匀速旋转。

本实用新型相对于现有技术做出的改进之一在于，腔体混合进气装置121包括流量控制器102、气体混合管道103和气体分路管道104，如图2所示，流量控制器102分别控制氩气和氧气的流量，氩气和氧气进入气体混合管道103混合后经由气体分路管道104和总进气口109进入筛形分气装置120。在具体实施过程中，按照工艺要求，调节流量控制器102，分别控制氩气和氧气的流量，两种气体进入气体混合管道103混合，然后混合后的气体再由气体分路管道104分成两路通过总进气口109进入筛形分气装置120。本实用新型利用先分开再混合进气的方式，不仅能精确控制工艺所需氩气和氧气的流量，而且较大流量的氩气携带较小流量的氧气进入真空腔体，借助较大流量气体的向心矢量，使得较小流量的氧气更易向腔体中心分布，有效解决了腔体中心区域氧气浓度低的问题，从而提升了金属氧化物薄膜均匀性。

本实用新型相对于现有技术做出的改进之二在于，筛形分气装置120由外环进气口115、外环116、内环117和内圆面119组成，参见图2，其中外环116直径为260~330mm，内环117直径为150~280mm。总进气口109与外环进气口115连通，外环116上设置与内环117连通的外环出气管118，内环117上均匀设置与内圆面119连通的内环出气孔1711，内环出气孔1711与外环出气管118在气流方向上错开设置。在本实施例中，外环进气口115为2个，外环出气管118的数量为2N个，内环出气孔118的数量为8N，其中N为大于等于1的自然数。优选外环116的直径为320mm，内环117的直径为230mm，内环出气孔1711的孔径为0.5mm， 2个总进气口分别与2个外环进气口连通，优选外环出气管118的数量为4个，每个外环116上设置2个外环出气管118，内环出气孔1711的数量为16个，气体经由总进气口109、外环116、内环117进入到内圆面119。内圆面119上均匀设置若干圆孔1191，呈筛网状。其中优选圆孔1191直径为10mm，相邻圆孔的距离为1mm。本实施例中，气体二分四，四分十六，相当于气体在出管路前已经平均分布在基片平面的上方，提高了气体均匀性分布，也有效提升了薄膜均匀性；此外，被溅射下来的粒子在筛形分气装置内圆面的上方会朝各个方向沉积，但经过内圆面的过滤，圆孔会使方向较为统一的粒子通过，而方向不统一的粒子被圆孔间隔所阻挡，这样沉积到基片上各个区域的粒子数量较为相当，进而提升了金属氧化物薄膜均匀性。

本实用新型相对于现有技术做出的改进之三在于，基片112置于加热器113上并在转轴114的带动下匀速旋转，转轴转速为1.5r/min~4r/min，薄膜沉积过程中，基片以一定的速度匀速旋转，优选转速为2r/min，不同时刻沉积的粒子落在基片的不同区域，提升了金属氧化物薄膜的均匀性。通过实验使用本实用新型的磁控溅射腔体，金属氧化物薄膜的均匀性小于2.5%。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，包括腔体，安装在腔体上部的驱动装置、磁性件和靶材，置于腔体内的护板、基片和加热器，安装在腔体侧壁的低温泵；所述驱动装置和磁性件相连接，所述靶材置于磁性件的下方，所述基片通过基座压环安装在加热器上并置于护板围成的空间内，所述护板安装在靶材与加热器之间，其特征在于：还包括腔体混合进气装置、筛形分气装置和转轴，所述筛形分气装置安装在腔体内部，所述腔体的侧壁设置总进气口，腔体混合进气装置通过总进气口与筛形分气装置连通，所述转轴与加热器连接，用于带动加热器上的基片匀速旋转；所述腔体混合进气装置包括流量控制器、气体混合管道和气体分路管道，流量控制器分别控制氩气和氧气的流量，氩气和氧气进入气体混合管道混合后经由气体分路管道和进气口进入筛形分气装置。

2.根据权利要求1所述的一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，其特征在于，所述筛形分气装置由外环进气口、外环、内环和内圆面组成，所述总进气口与外环进气口连通，所述外环上设置与内环连通的外环出气管，所述内环上均匀设置与内圆面连通的内环出气孔，所述内环出气孔与外环出气管在气流方向上错开设置，所述内圆面上均匀设置若干圆孔，呈筛网状。

3.根据权利要求1所述的一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，其特征在于，所述转轴转速为1.5r/min~4r/min。

4.根据权利要求1所述的一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，其特征在于，所述驱动装置为电机。

5.根据权利要求2所述的一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，其特征在于，所述外环进气口为2个，所述外环出气管的数量为2N个，所述内环出气孔的数量为8N，其中N为大于等于1的自然数。

6.根据权利要求2所述的一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，其特征在于，所述外环直径260~330mm。

7.根据权利要求2所述的一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，其特征在于，所述内环直径150~280mm。

8.根据权利要求2所述的一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，其特征在于，所述内环出气孔的孔径为0.5mm。

9.根据权利要求2所述的一种提升金属氧化物薄膜均匀性的磁控溅射腔体，其特征在于，所述圆孔直径为10mm，相邻圆孔的距离为1mm。