改善金屬氧化物薄膜方阻均勻性的PVD腔體結構的制作方法

本發明涉及

技術領域，具體的涉及一種改善金屬氧化物薄膜方阻均勻性的PVD腔體結構。

背景技術：

物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)技術在半導體領域被廣泛應用，該方法包括真空蒸鍍、濺射鍍膜、分子束外延等。在MEMS制造中的金屬薄膜材料多通過PVD濺射方法制備。在PVD技術中，通常采用PVD腔室進行薄膜沉積。在薄膜沉積中，采用磁控濺射(磁性件ron Sputtering)技術，用于金屬薄膜的沉積以構成金屬接觸以及金屬互連線等。在真空環境下，磁控濺射通過電壓和磁場的共同作用，以被離化的惰性氣體離子對靶材(靶材)進行轟擊，致使靶材以離子、原子或分子的形式被彈出，在襯底上沉積形成薄膜。

隨著MEMS技術的發展，金屬氧化物薄膜材料被應用到特殊的制程中，特別是含有可變價態的金屬氧化物薄膜材料。影響金屬氧化物大規模應用的關鍵問題就便是金屬氧化物薄膜的方阻均勻性。但是，滿足金屬薄膜方阻均勻性的PVD腔體結構并不能滿足金屬氧化物薄膜方阻均勻性，本發明就是設計一種新型的PVD腔體結構，解決金屬氧化物薄膜方阻均勻性的問題。

在現有技術中，PVD腔體結構包括：驅動裝置，磁性件，靶材，上擋板，低溫泵，鎖緊圈，加熱器，進氣口，下擋板等。

金屬氧化物沉積過程中，在真空環境下，磁性件在驅動裝置的帶動下，以一定的轉速旋轉，氧氣和氬氣混合，通過進氣口進入腔體，磁控濺射通過電壓和磁場的共同作用，氬氣被離化，并對靶材進行轟擊，致使靶材以離子、原子或分子的形式被彈出，離化的氧離子和靶材原子或者離子反應，生產氧化物，在襯底晶片上沉積形成薄膜。其中上下擋板對腔體進行保護，避免將靶材濺射到腔體上；低溫泵保持腔體內所需要的真空壓力，加熱器對晶片進行加熱。

現有技術的缺點就是金屬氧化物的方阻均勻性較差，均勻性大于20％。

有鑒于此，特提出本發明。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種改善金屬氧化物薄膜方阻均勻性的PVD腔體結構。具體技術方案如下：

一種改善金屬氧化物薄膜方阻均勻性的PVD腔體結構，包括：底部具有進氣口的腔體，安裝在腔體上方的驅動裝置、磁性件和靶材，置于腔體內的上擋板、下擋板、晶片和加熱器，安裝在所述腔體側壁上的低溫泵；所述驅動裝置和所述磁性件相連接，所述靶材置于所述磁性件的下方；所述晶片放置在所述加熱器上，并置于所述上、下擋板圍成的空間內；所述上擋板呈倒錐形筒狀，上擋板的上端的外沿架設在所述腔體的開口處，且上擋板的底端低于所述基座壓環的上表面；所述腔體的底部開設有氬氣的進氣口，所述腔體的側壁開設有氧氣進口，所述氧氣進口處安裝有進氣環，所述進氣環開設有多個進氣孔和出氣孔。

根據本發明提供的改善金屬氧化物薄膜方阻均勻性的PVD腔體結構，將上擋板設計呈倒錐形筒狀，氣體進入腔體后，不會立即從上擋板和下擋板之間的大縫隙中抽走，氣體在下抽的過程中，通過錐形筒，氣流會有一個向中心方向的矢量，提高了晶圓中心的氣體密度；將混合進氣改為單獨進氣，進氣環設計成上述結構可以使得氣流分布更均勻，彌散性更好，氧氣和氬氣進氣口分開，氬氣從底部進入，氧氣從上部進入，氬氣能更好的攪拌氧氣，使氧氣分布更均勻，進一步提高反應效率。通過實驗證明使用本發明結構的腔體，金屬氧化物的方阻均勻性小于3％。

另外，根據本發明上述實施例的改善金屬氧化物薄膜方阻均勻性的PVD腔體結構，還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一個示例，所述進氣環包括相連接外環和內環，所述外環具有兩個與內環相連接的進氣孔，所述內環設有2ⁿ個出氣孔，其中n為自然數。

根據本發明的一個示例，出氣孔均勻間隔分布。

根據本發明的一個示例，所述進氣環與所述靶材或所述晶片的距離為20～80mm。

根據本發明的一個示例，所述上擋板的錐度與晶片到靶材的距離成正比。

根據本發明的一個示例，所述上擋板的錐度范圍是30°～60°。

根據本發明的一個示例，所述上擋板位于所述晶片的上方的部位還設有錐形筒狀的收口。

根據本發明的一個示例，所述驅動裝置為電機。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

圖1為本發明實施例的PVD腔體結構的截面圖；

圖2為本發明的PVD腔體結構的另一種結構的截面圖；

圖3為圖1中進氣環的結構示意圖；

圖4為圖1中上擋板的示意圖；

圖5為圖2中錐形筒狀的收口的示意圖。

圖中：1、腔體；101、驅動裝置；102、磁性件；103、靶材；104、上擋板；105、低溫泵；106、鎖緊圈；107、加熱器；108、進氣口；109、下擋板；110、晶片；111、收口；112、進氣環；1121、外環；1122、內環；113、進氣孔、114、氧氣進口；115、出氣孔。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

下面參考附圖來詳細描述根據本發明的改善金屬氧化物薄膜方阻均勻性的PVD腔體結構。

結合附圖1-5所示，本實施例提供了一種改善金屬氧化物薄膜方阻均勻性的PVD腔體結構，包括：底部具有進氣口108的腔體1，安裝在腔體1上方的驅動裝置101、磁性件102和靶材103，置于腔體1內的上擋板104、下擋板109、晶片110和加熱器107，安裝在腔體1側壁上的低溫泵105。驅動裝置101和磁性件102相連接，靶材103置于磁性件102的下方，驅動裝置為電動機等結構。晶片110通過基座壓環106安裝在加熱器107上，并置于上擋板104和下擋板109圍成的空間內。

本實施例相對于現有技術做出的改進之一在于，如圖1所示，將上擋板104設計成倒錐形筒狀，上擋板104的上端的外沿架設在腔體1的開口處，且上擋板104的底端低于基座壓環106的上表面。錐形筒狀的上擋板的優點是氣體進入腔體1后，不會立即從上擋板104和下擋板109中的大縫隙中抽走，氣體在下抽的過程中，通過錐形筒，氣流會有一個向中心方向的矢量，提高了氣體分布均勻性。更有利的，如圖2所示，還可以在上擋板104位于晶片110的上方的部位設有錐形筒狀的收口111，錐形筒狀的收口111的效果和上擋板104類似，主要是改變氣流在腔體1內的分布和流動，進一步提高氣體分布均勻性。

本實施例相對于現有技術做出的改進之二在于，如圖1和圖3所示，在腔體1的側壁開設有氧氣進口114，氧氣進口114處安裝有進氣環112，進氣環112的外環1121開設有兩個進氣孔113，內環1122具有2ⁿ個出氣孔115，其中n為自然數。Ar氣進氣從進氣口108，將氧氣進氣設計成進氣環112進氣，從進氣口114進入，進氣方式為一分二，出氣孔115的數量為2n。本實施例中，一分二為一個進氣孔均勻分開兩路，分開的兩路孔連接一個氣環，分開的兩路的孔對稱分布，并且，兩路的進氣孔在進氣環的孔與孔之間，本實施例的進氣環的孔的數量為16個，均勻性分布，孔徑0.5mm；針對8英寸工藝，進氣環的直徑為220～240mm，針對6英寸工藝，進氣環的直徑為160～190mm。進氣環112的示意圖如圖3所示。新設計的進氣環的優點是氣流分布更均勻，彌散性更好。氧氣和氬氣進氣口分開，氬氣從底部進入，氧氣從上部進入，氬氣能更好的攪拌氧氣，使氧氣分布更均勻。有利的，本實施例例的進氣環112到靶材103和晶片110的距離可調，距離范圍在20～80mm。使用本實施例的腔體結構，金屬氧化物的方阻均勻性小于3％。

具體的，在本實施例中，上擋板104的錐度在30°～60°范圍內，根據晶片110到靶材103的距離不同，錐度也會相應的變化。上擋板的示意圖如圖4所示。

綜上所述，根據本發明提供的改善金屬氧化物薄膜方阻均勻性的PVD腔體結構，結構簡單，將上擋板設計呈倒錐形筒狀，氣體進入腔體后，不會立即從上當吧和下擋板之間的大縫隙中抽走，氣體在下抽的過程中，通過錐形筒，氣流會有一個向中心方向的矢量，提高了反應效率；將混合進氣改為單獨進氣，進氣環設計成上述結構可以使得氣流分布更均勻，彌散性更好，氧氣和氬氣進氣口分開，氬氣從底部進入，氧氣從上部進入，氬氣能更好的攪拌氧氣，使氧氣分布更均勻，進一步提高反應效率。通過實驗證明使用本發明結構的腔體，金屬氧化物的方阻均勻性小于3％。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。