[發明專利]一種離子輔助的多靶磁控濺射設備

在審

• 申請號: 202111504598.4
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114015997A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 唐云俊;王昱翔
• 申請（專利權）人: 浙江艾微普科技有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 嘉興啟帆專利代理事務所(普通合伙) 33253
• 代理人: 王大國

本發明公開了一種離子輔助的多靶磁控濺射設備，包括上載腔體、輸運腔體和工藝腔體，輸運腔體內設置有機械手，所述工藝腔體內設置有晶圓臺、至少一個離子源裝置和至少兩個磁控管裝置，所述晶圓臺位于下方，離子源裝置和磁控管裝置位于上方，且離子源裝置與磁控管裝置圍繞晶圓臺的中心均分布，所述離子源裝置與磁控管均朝向晶圓臺并與晶圓臺呈角度傾斜布置，本發明能夠在一個工藝腔體內裝置多個靶材的離子輔助PVD濺射系統，無需多個工藝腔室，且無需多次的裝夾，效率高。

技術領域

本發明屬于磁控濺射設備技術領域，更具體的說涉及一種離子輔助的多靶磁控濺射設備。

背景技術

磁控濺射技術及設備是微納加工的基礎技術和設備，是現代微電子行業制造的核心和基礎，它類似于傳統工業的鋼鐵等材料制備行業，為半導體、微電子器件行業提供豐富、全面的各種器件構建、輔助材料。磁控濺射技術成熟，制備的薄膜性能優越，可以制造幾乎各種金屬、半導體、絕緣體薄膜材料，是半導體、MEMS、太陽能、顯示器、LED等及各種現代微電子器件的核心技術；其設備成本較低、應用廣泛，是現代半導體、微電子器件等制備超凈間必備之設備。

磁控濺射設備通常至少包括一個工藝腔體，如圖1所示，其中有基片臺、靶材等：

1.該腔體連接至真空泵等真空形成裝置，其運行之后，將該腔體抽至真空。

2.同時，腔體有至少一個入氣口，用于引入工藝氣體，通常是氬氣。

3.基片臺用于承載基片，可依據具體需要，對該基片臺加熱、冷卻、施加偏置磁場、電場；該基片臺也可以靜止、旋轉、傾斜等等。

4.靶材通常連接至外部電源，電源可以是直流(DC)、射頻(RF)、交流(AC)、脈沖直流(Pulsed DC)、大功率脈沖磁控濺射電源(HIPIMS)或其他能量產生部件。

5.通常，在真空腔體之外，靶材背板背面且平行于靶材之處，還置有磁控管，磁控管一般由永磁材料和軟鐵組成，可以在靶材表明形成磁場，控制靶材表面正負離子、電子的運動，且將其束縛于靶材表面一定區域，提高其碰撞幾率，使得工藝氣體離化率增加，進而提高轟擊靶材表面的離子密度，最終提高薄膜沉積速率。

磁控濺射沉積的薄膜，基片溫度、工藝氣體壓力、靶材功率、靶材至基片間距、角度、磁控管等對其組織結構有較大影響。通常，室溫下磁控濺射沉積薄膜過程中，由于粒子能量較高，沉積的薄膜材料，多數處于一種非平衡結構狀態。因此，獲得的薄膜組織結構，大多或者處于非晶、微晶狀態，如磁控濺射所得氧化物、氮化物、半導體薄膜材料等；或者形成富含缺陷、雜質、孔洞等缺陷的、有較大內應力的柱狀晶結構，如Cu、Ti、Ta、Cr、NiFe等金屬；其薄膜材料的密度一般也略小于理論值，表面粗糙度也較大。

因此需要PVD濺射設備能夠改善沉積薄膜的密度、晶體結構、應力等組織性能。

同時，在實際應用中，通常不單是制備單層薄膜，而是需要制作多層膜結構，例如，磁性隧道結構(TMR)、巨磁電阻結構、PZT壓電陶瓷結構、光學增透膜、反光膜等等。單個的腔體，只有一種靶材，只能濺射沉積一種材料；也有簇團結構的PVD濺射系統，即通過輸運腔體組合多個的PVD濺射腔體，形成一個組合的真空濺射系統，但是，這樣的系統因為需要多套的真空形成設備，成本過高，同時，又由于晶圓的傳輸也需要時間，使機器的產能降低。

因此需要PVD濺射設備能夠在一個腔體中裝置多個靶材，以更有利于多層膜的濺射，并提高生產產能，降低設備制造成本。

同時，在實際應用中，通常要求沉積的薄膜對于已經存在于晶圓之上的3D結構達到一定的覆蓋率(Conformal Coating)，即沉積于3D結構的邊、角上的薄膜厚度與沉積于平面之上的薄膜厚度達到一定比例，且薄膜的組織結構、性能一致。圖1所示的PVD濺射模式為面對面沉積，即靶材表面平行于晶圓表面，這樣的沉積方式，覆蓋率較低。