[發(fā)明專利]用于反應濺射的物理氣相沉積設備

有效

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• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN110923644B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 宋維聰;周云;解文駿
• 申請（專利權）人: 上海陛通半導體能源科技股份有限公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/54
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明提供一種用于反應濺射的物理氣相沉積設備，該設備包括腔體、基座、沉積源裝置及勻氣裝置；沉積源裝置位于腔體上部；勻氣裝置位于腔體內且位于沉積源裝置的下方；基座位于腔體內，用于承載晶圓；勻氣裝置包括網狀勻氣管路，用于向晶圓表面均勻供應反應氣體；網狀勻氣管路位于晶圓的正上方，網狀勻氣管路包括環(huán)形主管路和一個以上直線形或環(huán)形進氣支路，網狀勻氣管路上設置有多個出氣孔。本發(fā)明的用于反應濺射的物理氣相沉積設備使用新型的結構設計，可以提高反應氣體在晶圓中心區(qū)域的濃度，實現反應氣體在晶圓表面的均勻分布，有助于改善沉積薄膜的方阻均勻性，避免晶圓的局部區(qū)域方阻偏高，有助于提高沉積薄膜的品質、提高生產良率。

技術領域

本發(fā)明涉及一種半導體制造設備，特別是涉及一種用于反應濺射的物理氣相沉積設備。

背景技術

物理氣相沉積（(Physical Vapour Deposition，簡稱PVD)）工藝是半導體芯片制造過程中非常重要的一道工序，其通常是通過蒸發(fā)、電離或濺射等過程產生金屬等粒子并與反應氣體反應以最終在晶圓表面沉積形成薄膜。現有的用于氧化物、氮化物或碳化物薄膜制備的物理氣相沉積設備的濺射腔體都有一套氣體分布控制裝置，用于控制反應氣體的流量和腔體壓力，但都很難實現小流量反應氣體（如氧氣、氮氣、氨氣、甲烷、乙炔或上述氣體的混合氣， 這些氣體在物理氣相沉積過程中的流量通常小于10sccm）在晶圓附近的均勻分布。

具體地，現有的物理氣相沉積設備的腔體上設置有進氣口，晶圓放置于基座上，其外圍被壓環(huán)按壓以固定（晶圓與壓環(huán)之間沒有間隙），壓環(huán)與腔體之間具有間隙。而現有的物理氣相沉積設備的進氣口設置常見的有兩種，一種是設置在腔體底部，另一種是設置在腔體中上部。對于前一種設置，當反應氣體從腔體底部的進氣口進入腔體內時，因為進氣口離冷泵的抽氣口很近，在反應氣體流量很低的情況下，氣體大部分被冷泵抽走，所以很難均勻地擴散到晶圓附近，容易出現晶圓邊緣的氣體分壓過高，甚至是一邊高一邊低的情況。尤其對于一些反應速度極快的反應濺射，從晶圓邊緣向晶圓中心擴散的反應氣體往往來不及擴散就在晶圓邊緣附近被反應消耗掉了，因而沉積出來的導電氧化物、氮化物或碳化物薄膜會出現晶圓邊緣區(qū)域方阻明顯高于中心區(qū)域方阻的情形，導致薄膜的方阻均勻性不佳。對于后一種設計，當反應氣體從腔體中上部的進氣口進入腔體內時，氣體會沿著壓環(huán)和腔體之間的間隙被迅速抽走，造成晶圓中心的氣體分壓明顯低于晶圓邊緣的氣體分壓。因而前述的兩種進氣口設計都很難實現反應氣體在晶圓表面的均勻分布。這極容易導致晶圓表面沉積的薄膜的性能，比如薄膜的方阻均勻性不佳，尤其是在沉積包括氧化釩薄膜、ITO薄膜、CrSiN薄膜等導電氧化物、氮化物或碳化物薄膜時，薄膜的方阻的標準偏差高達15%以上（而工藝上允許的偏差通常在4%以內），導致薄膜性能劣化和生產良率的下降。

發(fā)明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種用于反應濺射的物理氣相沉積設備，用于解決現有技術中的物理氣相沉積設備難以實現反應氣體，尤其是流量在10sccm以內的小流量反應氣體在晶圓表面的均勻分布，導致沉積薄膜的方阻均勻性不佳，導致薄膜性能劣化和生產良率下降等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種用于反應濺射的物理氣相沉積設備，包括腔體、基座、沉積源裝置及勻氣裝置；所述沉積源裝置位于所述腔體上部；所述勻氣裝置位于所述腔體內且位于所述沉積源裝置的下方；所述基座位于所述腔體內，用于承載晶圓；所述勻氣裝置包括網狀勻氣管路，用于向所述晶圓表面均勻供應反應氣體；所述網狀勻氣管路位于所述晶圓的正上方，所述網狀勻氣管路包括環(huán)形主管路和位于所述環(huán)形主管路內，且與所述環(huán)形主管路相連通的一個以上直線形或環(huán)形進氣支路，所述網狀勻氣管路上分布有多個出氣孔。

可選地，所述勻氣裝置還包括環(huán)形壓環(huán)，所述環(huán)形壓環(huán)覆蓋所述晶圓與所述腔體之間的區(qū)域，且所述環(huán)形壓環(huán)與所述晶圓的邊緣之間具有間隙。

可選地，所述用于反應濺射的物理氣相沉積設備還包括進氣座，所述進氣座連接于所述網狀勻氣管路及反應氣體源之間，所述環(huán)形主管路與所述進氣座相連通。