CN207243990U - 一种等离子体气相沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种等离子体气相沉积设备，包括：屏蔽罩，所述屏蔽罩的材质为非金属材质；设置于所述屏蔽罩上方的靶材背板，与所述屏蔽罩形成反应腔室；设置于所述屏蔽罩外侧的射频电场发生装置，于所述反应腔室中形成射频电场；设置于所述反应腔室底部的晶圆承载基座；以及，设置于所述靶材背板上方的磁铁。本实用新型的等离子体气相沉积设备将线圈设置在屏蔽罩的外侧壁上，以此节省线圈的消耗，无需更换线圈；同时，将屏蔽罩的材质更换为陶瓷，在不影响射频电场作用的情况下增大了屏蔽罩更换的周期；极大地节约了成本，适于大规模生产使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造领域，特别是涉及一种等离子体气相沉积设备。
背景技术
气相沉积技术是利用气相中发生的物理、化学过程，在工件表面形成功能性或装饰性的金属、非金属或化合物涂层。气相沉积技术按照成膜机理，可分为化学气相沉积和物理气相沉积。
物理气相沉积是近年具有广阔应用前景的新技术，包括真空蒸镀、溅射镀膜、等离子体气相沉积等；其中，等离子体气相沉积的应用也越来越广。如图1所示，现有的等离子体气相沉积设备1包括：屏蔽罩10；靶材背板11；设置于靶材背板上的磁铁12、靶材14；连接于靶材背板上的直流电源13；设置于屏蔽罩10内壁上的一对线圈15；与其中一个线圈连接的射频发生器16；设置于屏蔽罩内的加热装置17；设置于屏蔽罩底部的晶圆承载基座18，连接于晶圆承载基座的直流偏置电源19。所述等离子体气相沉积设备1的工作原理如下：晶圆2放置于所述晶圆承载基座18上，向所述屏蔽罩10和所述靶材背板11形成的腔体内通入等离子气体，基于所述射频发生器16在一对线圈15之间产生射频电场(电流感应生成磁区域)，在射频电场的作用下等离子体气体被离子化(磁感应生成等离子电流)，在所述直流电源13的作用下等离子体浓度增大并轰击所述靶材14的表面，所述靶材14表面的金属被离子化，所述晶圆承载基座18上加直流偏置电压，金属离子沉积到晶圆2的表面形成薄膜。
但是，由于现有的等离子体气相沉积设备中线圈15都是设置于屏蔽罩内部，在气相沉积的过程中，金属离子会沉积到线圈的表面，进而影响射频电场的性能，因此线圈15需要定期更换；同时，屏蔽罩10一般是金属材质的，金属对金属离子的吸附能力比较弱，沉积到屏蔽罩10内壁的金属会剥离，一旦落到晶圆表面，将极大影响沉积效果，造成污染，因此屏蔽罩10也需要定期更换。部件的更换极大影响了生产进度，同时一次正常的预防性维护(Preventive Maintenance，PM)需要5400美金消耗，造成的财物损失比较大。
因此，如何改进气相沉积设备，不影响生产进度、减小生产成本，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种等离子体气相沉积设备，用于解决现有技术中气相沉积生产进度缓慢、生产成本高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种等离子体气相沉积设备，所述等离子体气相沉积设备至少包括：
屏蔽罩，所述屏蔽罩的材质为非金属材质；
设置于所述屏蔽罩上方的靶材背板，与所述屏蔽罩形成反应腔室；
设置于所述屏蔽罩外侧的的射频电场发生装置，于所述反应腔室中形成射频电场；
设置于所述反应腔室底部的晶圆承载基座；
以及，设置于所述靶材背板上方的磁铁。
优选地，所述屏蔽罩的材质为陶瓷。
优选地，所述靶材背板上连接直流电源。
优选地，所述靶材背板朝向反应腔室的一侧表面设置有靶材。
优选地，所述第一排液管及所述第二排液管通过三通阀与所述排液口连接。
更优选地，所述靶材包括钛、钴、镍、钽、钨、铝或铜。
优选地，所述射频电场发生装置包括射频发生器、第一线圈及第二线圈；所述第一线圈及所述第二线圈相对设置于所述屏蔽罩的外侧壁上；所述射频发生器连接所述第一线圈，驱动所述第一线圈及所述第二线圈产生射频电场。
优选地，所述晶圆承载基座上连接直流偏置电源。
优选地，所述反应腔室中设置有加热装置，所述加热装置为所述反应腔室内提供温度条件。
更优选地，所述加热装置为灯丝。
优选地，所述屏蔽罩上连接有供气装置，所述供气装置为所述反应腔室提供等离子体气体。
如上所述，本实用新型的等离子体气相沉积设备，具有以下有益效果：
本实用新型的等离子体气相沉积设备将线圈设置在屏蔽罩的外侧壁上，以此节省线圈的消耗，无需更换线圈；同时，将屏蔽罩的材质更换为陶瓷，在不影响射频电场作用的情况下增大了屏蔽罩更换的周期；极大地节约了成本，适于大规模生产使用。
附图说明
图1显示为现有技术中的等离子体气相沉积设备的结构示意图。
图2显示为本实用新型的等离子体气相沉积设备的结构示意图。
元件标号说明
1 等离子体气相沉积设备
10 屏蔽罩
11 靶材背板
12 磁铁
13 直流电源
14 靶材
15 线圈
16 射频发生器
17 加热装置
18 晶圆承载基座
19 直流偏置电源
2 晶圆
3 等离子体气相沉积设备
30 屏蔽罩
31 靶材背板
32 磁铁
33 直流电源
34 靶材
351 第一线圈
352 第二线圈
353 射频发生器
361 第一灯丝
362 第二灯丝
37 晶圆承载基座
38 直流偏置电源
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图2所示，本实用新型提供一种等离子体气相沉积设备3，所述等离子体气相沉积设备3至少包括：
屏蔽罩30、靶材背板31、磁铁32、直流电源33、靶材34、射频电场发生装置、加热装置、晶圆承载基座37、直流偏置电源38及供气装置。
如图2所示，所述屏蔽罩30为等离子体气相沉积提供反应空间。
具体地，所述屏蔽罩30包括侧壁、底部，顶部开口。所述屏蔽罩30的材质为非金属，以不影响射频电场的传递。在本实施例中，所述屏蔽罩30的材质优选为陶瓷，任意不影响所述屏蔽罩30外侧的线圈在所述屏蔽罩30内形成射频电场的材质均适用于本实用新型的屏蔽罩，不以本实施例为限。
如图2所示，所述靶材背板31设置于所述屏蔽罩30上方，与所述屏蔽罩30形成密闭反应腔室。
具体地，所述靶材背板31覆盖于所述屏蔽罩30的顶部开口上，形成密闭空间，作为反应腔室。
具体地，所述靶材背板31的顶部设置有磁铁32，通过所述磁铁32产生的磁场影响等离子体的移动，进而提高等离子体的碰撞几率，进而提高等离子体对所述靶材34的轰击概率，最终提高靶材离子的浓度。
具体地，所述靶材背板31连接所述直流电源33，作为阴极。
具体地，所述靶材背板31朝向所述反应腔室的一侧表面设置有靶材34。所述靶材包括但不限于钛、钴、镍、钽、钨、铝或铜。
如图2所示，所述射频电场发生装置设置于所述屏蔽罩30的外侧，于所述反应腔室中形成射频电场。
具体地，所述射频电场发生装置包括：第一线圈351、第二线圈352及射频发生器353。所述第一线圈351及所述第二线圈352相对设置于所述屏蔽罩30的外侧壁上，在本实施例中，所述第一线圈351及所述第二线圈352位于同一高度。所述射频发生器353连接所述第一线圈351，对所述第一线圈351施加电流，进而驱动所述第一线圈351及所述第二线圈352产生射频电场。由于所述屏蔽罩30为非金属材质，所述第一线圈351及所述第二线圈352之间的射频电场能进入到所述反应腔室中，不会被屏蔽。
如图2所示，所述加热装置设置于所述反应腔室中，为所述反应腔室提供温度条件。
具体地，在本实施例中，所述加热装置包括第一灯丝361及第二灯丝362，灯丝通电后温度升高，达到提供热量的作用。在实际使用中，加热装置的类型及数量可根据反应需要具体设定，不以本实施例为限。
如图2所示，所述晶圆承载基座37设置于所述反应腔室底部，用于放置晶圆2，并作为阳极。
具体地，所述晶圆承载基座37上连接所述直流偏置电源38，通过所述直流偏置电源38控制靶材离子的运动轨迹。在本实施例中，所述直流偏置电源38提供负偏置电压。
所述供气装置(图中未显示)设置于所述屏蔽罩30的侧壁或底部上，为所述反应腔室提供等离子体气体。
具体地，所述等离子体气体包括但不限于惰性气体，氮气，任意与靶材、晶圆中材料不产生化学反应的气体均适用，在此不一一列举。
所述等离子体气相沉积设备3的工作原理如下：
将所述晶圆2放置在所述晶圆承载基座37上，将所述靶材背板31覆盖到所述屏蔽罩30上，往所述反应腔室中通入等离子体气体，在本实施例中，采用氩气。
开启所述加热装置对所述反应腔室内部进行加热，开启所述射频发生器353，产生电流并在所述第一线圈351及所述第二线圈352之间形成射频电场(电流感应生成磁区域)。
在所述射频电场的作用下氩气被离子化形成氩离子(磁感应生成等离子电流)，在所述直流电源33及所述磁铁32的作用下，氩离子的运动轨迹被影响，提高了氩离子的碰撞几率，进而提高氩离子对所述靶材34的轰击概率，最终提高靶材离子的浓度。在本实施例中，所述靶材34为钛，靶材离子为钛离子。
所述晶圆承载基座18上连接负偏置电压，引导钛离子从上方向下运动并沉积在晶圆的表面形成均匀薄膜。
本实用新型的等离子体气相沉积设备将线圈设置在屏蔽罩的外侧，可有效避免沉积过程中金属离子沉积到线圈上，无需更换线圈，以此节省线圈的消耗。
同时，本实用新型的等离子体气相沉积设备将屏蔽罩的材质更换为陶瓷，对射频电场不产生屏蔽；且陶瓷对金属的吸附能力比金属对金属的吸附能力强，如果使用金属的屏蔽罩，数月后金属屏蔽罩上沉积的金属就会剥落，需要更换屏蔽罩，而在同样的使用频率下使用陶瓷的屏蔽罩则比金属屏蔽罩的更换周期要长一倍，具体更换周期与使用频率有关。
采用本申请的实用新型的等离子体气相沉积设备可极大地节约成本，适于大规模生产使用。
综上所述，本实用新型提供一种等离子体气相沉积设备，包括：屏蔽罩，所述屏蔽罩的材质为非金属材质；设置于所述屏蔽罩上方的靶材背板，与所述屏蔽罩形成反应腔室；设置于所述屏蔽罩外侧的射频电场发生装置，于所述反应腔室中形成射频电场；设置于所述反应腔室底部的晶圆承载基座；以及，设置于所述靶材背板上方的磁铁。本实用新型的等离子体气相沉积设备将线圈设置在屏蔽罩的外侧壁上，以此节省线圈的消耗，无需更换线圈；同时，将屏蔽罩的材质更换为陶瓷，在不影响射频电场作用的情况下增大了屏蔽罩更换的周期；极大地节约了成本，适于大规模生产使用。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种等离子体气相沉积设备，其特征在于，所述等离子体气相沉积设备至少包括：
屏蔽罩，所述屏蔽罩的材质为非金属材质；
设置于所述屏蔽罩上方的靶材背板，与所述屏蔽罩形成反应腔室；
设置于所述屏蔽罩外侧的射频电场发生装置，于所述反应腔室中形成射频电场；
设置于所述反应腔室底部的晶圆承载基座；
以及，设置于所述靶材背板上方的磁铁。
2.根据权利要求1所述的等离子体气相沉积设备，其特征在于：所述屏蔽罩的材质为陶瓷。
3.根据权利要求1所述的等离子体气相沉积设备，其特征在于：所述靶材背板上连接直流电源。
4.根据权利要求1所述的等离子体气相沉积设备，其特征在于：所述靶材背板朝向反应腔室的一侧表面设置有靶材。
5.根据权利要求4所述的等离子体气相沉积设备，其特征在于：所述靶材包括钛、钴、镍、钽、钨、铝或铜。
6.根据权利要求1所述的等离子体气相沉积设备，其特征在于：所述射频电场发生装置包括射频发生器、第一线圈及第二线圈；所述第一线圈及所述第二线圈相对设置于所述屏蔽罩的外侧壁上；所述射频发生器连接所述第一线圈，驱动所述第一线圈及所述第二线圈产生射频电场。
7.根据权利要求1所述的等离子体气相沉积设备，其特征在于：所述晶圆承载基座上连接直流偏置电源。
8.根据权利要求1所述的等离子体气相沉积设备，其特征在于：所述反应腔室中设置有加热装置，所述加热装置为所述反应腔室内提供温度条件。
9.根据权利要求8所述的等离子体气相沉积设备，其特征在于：所述加热装置为灯丝。
10.根据权利要求1所述的等离子体气相沉积设备，其特征在于：所述屏蔽罩上连接有供气装置，所述供气装置为所述反应腔室提供等离子体气体。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180417 |