[发明专利]均匀薄膜沉积的方法和设备

说明书

本发明公开了一种均匀薄膜沉积的设备，包括沉积腔体，沉积腔体内设置有溅射靶材、靶支架和基片台，基片台上设置有晶圆放置区，还包括连接至沉积腔体内的工艺气体分配系统，工艺气体分配系统包括多个工艺气体引导通道，多个工艺气体引导通道伸入沉积腔体内的一端位于晶圆放置区的外侧周围，能够将工艺气体导入沉积腔体内，所述每个工艺气体引导通道均独立连接有质量流量控制器，本发明具有多位置独立引进工艺工艺气体，通过调整不同位置的工艺气体流量，从而克服沉积腔体内真空设计不对称的问题，进而形成均匀的气流分布，并提高薄膜沉积的均匀性。

技术领域

本发明涉及磁控溅射沉积薄膜，特别的，本发明涉及一种多位置独立引进工艺工艺气体的方法和设备，通过及时、原位调整不同位置的工艺气体流量，形成腔体内均匀的气流分布，并提高薄膜沉积的均匀性。

背景技术

磁控溅射是物理气相沉积的一种。它是利用等离子轰击靶材，使靶材粒子脱落，沉积于基片表面形成薄膜的技术。通常，将磁控管置于靶材之后，其产生的磁场可以控制电子、离子在靶材表面的运动区域，从而提高工艺工艺气体如Ar气的在此区域的离化率，提高靶材表面等离子体浓度，进而提高薄膜沉积速率。磁控溅射技术广泛应用于半导体及微电子器件制造领域，为最常用的薄膜沉积方法。

图1为典型的磁控溅射设备的示意图。该设备主要包括工艺腔体，其中有基片台、基片台上载有基片、工艺工艺气体入口、靶材等。工艺腔体连接真空泵，由真空泵抽至真空；靶材连接至外部电源，电源使靶材表面产生负电场，使工艺工艺气体离子化，并使之在电场作用下，撞击靶材，使靶材粒子溅出。

为了达到沉积薄膜的均匀性，需要工艺工艺气体在腔体内极其均匀的分布。通常，在腔体的一个位置引入工艺工艺气体，可以在腔体的底部、侧面、或者在顶部；也有在环绕靶材周围设计均匀多孔工艺气体分布装置，类似喷淋头装置。这些设计，虽然可以满足比较高的薄膜沉积均匀性的要求，但是当腔体结构越来越复杂，晶圆的尺寸越来越大，如从200mm增大至300mm时，上述的薄膜沉积厚度的均匀度要求已变得更具挑战性。这是由于：腔体真空系统设计、制造、安装很难做到相对于晶圆的严格的对称性，导致工艺工艺气体压力在腔体内存在梯度分布。例如，图1中，由于真空泵在腔体右侧，而入气口在腔体左侧，则晶圆上靠近真空泵的A点工艺工艺气体的压力，则会小于晶圆上靠近工艺气体入口的B点的压力。这就会影响薄膜沉积的均匀性。

虽然，可以通过采用类似喷淋头的工艺气体引入装置，或者优化的磁控管来提高工艺气体分布的均匀性，从而提高沉积薄膜的均匀性。但是，仅仅依靠他们，仍然有一定的局限性；同时优化喷淋头、磁控管需要很多的实验，周期相当长，成本也相当高，并不利于工艺的及时调整、改进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多位置独立引进工艺工艺气体，通过调整不同位置的工艺气体流量，从而克服沉积腔体内真空设计不对称的问题，进而形成均匀的气流分布，并提高薄膜沉积的均匀性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种均匀薄膜沉积的设备，包括沉积腔体，沉积腔体内设置有溅射靶材、靶支架和基片台，基片台上设置有晶圆放置区，还包括连接至沉积腔体内的工艺气体分配系统，工艺气体分配系统包括多个工艺气体引导通道，多个工艺气体引导通道伸入沉积腔体内的一端位于晶圆放置区的外侧周围，能够将工艺气体导入沉积腔体内，所述每个工艺气体引导通道均独立连接有质量流量控制器。

进一步的工艺气体引导通道的纵向方向平行于基片台的径向方向。

进一步的工艺气体引导通道的纵向方向垂直于基片台的径向方向，与基片台的表面垂直。

进一步的所述工艺气体引导通道设置有四个。

进一步的四个工艺气体引导通道至晶圆放置区的中心距离相同。

进一步的四个工艺气体引导通道沿圆周均匀分布。

进一步的所有工艺气体引导通道连接至同一气源。