一种用于溅射系统上提高薄膜均匀性的装置制造方法

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一种用于溅射系统上提高薄膜均匀性的装置制造方法
5 ?! X& p, {5 }, v0 Y- y5 l8 ?8 p+ X【专利摘要】本实用新型提供了一种用于溅射系统上提高薄膜均匀性的装置，该装置包括以下部分：真空腔室；靶材，位于所述真空腔室内上部的中央位置；晶圆载台，位于所述真空腔室内底部的中央位置；进气圆环，位于所述真空腔室内中部的中央位置，并于反应气体管路相连；反应气体管路，与进气圆环相连，用于通过进气圆环来向真空腔室内输入反应气体。相应地，本实用新型还提供了一种用于溅射系统上提高薄膜均匀性的方法。通过采用本实用新型所提供的装置，使反应气体从进气圆环内壁均匀流出，使得真空腔室的反应气体密度达到均匀分布效果，从而有效提高半导体薄膜的均匀性。
' s/ F& V" B5 c9 N, O+ @  [4 [【专利说明】
+ @5 t+ D. z7 K+ G0 z* v【技术领域】
  b% ^# D! p; O2 [  f. I[0001] 本实用新型涉及MEMS【技术领域】，尤其涉及用于溅射系统上提高薄膜均匀性的装 置。 一种用于溅射系统上提高薄膜均匀性的装置

8 M6 c6 n# m+ I8 F【背景技术】
  A8 `7 K; P% {* u( h[0002] MEMS(微机电系统）是一种先进的制造技术平台。它是以半导体制造技术为基础 发展起来的。MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材 料。使用先进的MEMS微加工技术可以制造出性能优越的红外传感器。当今，红外传感器 的应用越来越广泛，例如在医学上进行非接触式快速测量体温方面，这在需要对大范围人 群测温方面有着重要意义；此外它还应用于科学研究和军事上，比如红外线光谱仪、导弹导 向、热成像、激光侦测等用途。在民用商业方面，红外传感器也被广泛应用于遥控器、防盗器 等常见民用设备上。
[0003] 在MEMS红外传感器中，VOX薄膜的制备工艺是非制冷红外传感器的关键工序，溅 射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而 形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面 的原子离开固体并沉积在基底表面。
! F8 T) b! ]7 j% q6 k, C[0004] VOX薄膜的阻值均匀性是影响非制冷红外传感器成像效果等一系列的问题重要指 标，传统的VOx薄膜的制备工艺是使用Varian公司的M2000/8型号的磁控溅射系统生长 VOx薄膜，此建设系统包括：真空腔室、溅射系统以及分别与真空腔室相连的抽气系统、晶 圆传递系统、气体控制系统。其中气体控制系统中的关键过程是严格控制反应气体在真空 腔室的含量，但不能使工艺需求的空间内反应气体的密度达到相对均匀的效果，因而生长 的半导体化合物薄膜均匀性差。
! \5 }# }7 g# l4 A, y' g1 q7 q[0005] 因此，希望提出一种能在真空腔室内有效分配反应气体的薄膜制造方法，使VOx 薄膜的阻值能够具有较好均匀性。 实用新型内容
- W* q, r  q* ]' S, @[0006] 本实用新型提供了一种用于溅射系统上提高半导体薄膜均匀性的装置及相应的 方法。
[0007] 根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于溅射系统上提高半导体薄膜均匀性 的装置，该装置包括以下部分：
! K& ~, c5 O& A: Z* n; p% |$ W8 I( C& n( U[0008] 真空腔室；
' X. j' W- D- p" Z* {[0009] 靶材，位于所述真空腔室内上部的中央位置；
[0010] 晶圆载台，位于所述真空腔室内底部的中央位置；
[0011] 进气圆环，位于所述真空腔室内中部的中央位置，并于反应气体管路相连；
# P# ?2 X  p( ][0012] 反应气体管路，与进气圆环相连，用于通过进气圆环来向真空腔室内输入反应气 体。
. S& f* O6 \/ w, ^  k; z, W% S4 g[0013] 与现有技术相比，采用本实用新型提供的技术方案具有如下优点：通过采用本实 用新型所提供的装置，使反应气体从进气圆环内壁均匀流出，使得真空腔室的反应气体密 度达到均匀分布效果，从而有效提高半导体薄膜的均匀性。
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# e+ U) A3 F0 R! r/ z【专利附图】
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【附图说明】
+ ~& @' Y3 D8 V[0014] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的 其它特征、目的和优点将会变得更明显。
  u* }  z8 e2 o; a5 Q[0015] 图1为根据本实用新型的实施例的一种用于溅射系统上提高半导体薄膜均匀性 的装置。
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( b: Z4 I0 R2 ~7 K& m, t) X【具体实施方式】
( m% `4 k5 o# Z% r, ]' i[0016] 下面详细描述本实用新型的实施例。
& w. U! ^. U( t/ K$ y[0017] 所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类 似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅 用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。下文的公开提供了许多不同的 实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特 定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。 此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清 楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供 了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应 用于性和/或其他材料的使用。
[0018] 根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于溅射系统上提高半导体薄膜均匀性 的装置。下面，将结合图1通过本实用新型的一个实施例对所述装置进行具体描述。如图 1所示，本实用新型所提供用于溅射系统上提高半导体薄膜均匀性的装置包括以下部分：
[0019] 真空腔室1，所述真空腔室要保证一定的气密性和一定的容积，具体的气密性指标 和容积大小可根据不同的设备需要而进行调整。
3 j/ J& R) D( v% ]6 G[0020] 所述真空腔室1与载气气体管路相连，用于为真空腔室提供载气。所述载气气体 管路上均设置有流量计，用于监测输入到真空腔室内的载气气体的流量。
( {0 G3 p0 N+ P% y[0021] 靶材2,位于所述真空腔室1内上部的中央位置。本领域的技术人员可根据不同的 需要，自行设计靶材的形状，例如长靶，方靶，圆靶，异型靶。还可选择不同材料的靶材，如金 属靶材、合金靶材、陶瓷化合物靶材等。在本实用新型的实施例中，所选用的金属钒靶材，是 为了制备非制冷红外传感器的VOx薄膜。
[0022] 所述靶材与溅射电源相连，用于在执行薄膜建设工艺时由溅射电源提供相应的电 压。
4 ]7 K% f, k- [. p* _# d3 _# g[0023] 晶圆载台3,位于所述真空腔室1内底部的中央位置。所述晶圆载台的角度本领域 技术人员可根据不同的溅射需要和实验结果来自行调整。但要保证晶圆在载台上位置的固 定，不能和载台发生相对的位移，尤其是当晶圆载台在做特定的运动时。所述晶圆载台3接 地。
[0024] 此外，所述靶材2和晶圆载台3之间的距离本领域技术人员也可根据不同的溅射 需要和实验结果来自行调整。具体的实现方法可通过在固定大小的真空腔室设置活动的靶 材或晶圆载台，或者直接通过调整真空腔室的大小来调整。
# A; l' A3 @6 E$ T[0025] 进气圆环4,位于所述真空腔室1内中部的中央位置，并于反应气体管路5相连。 所述反应气体由气体管路5与进气圆环相连，用于通过进气圆环来向真空腔室1内输入反 应气体。优选的，所述反应气体管路5上安装有电信号控制开关的阀门6,用于自动控制输 入反应气体的通断和控制输入反应气体的流量。同时，所述反应气体管路上设置有流量计， 用来检测输入到真空腔室1内的反应气体的流量，并将结果反馈给控制系统或显示器，又 人工或者自动控制系统通过阀门6来控制反应气体管路的通断。通过此设计可以实现反应 气体流量的自动控制，从而保证反应气体流量的大小保持在最适合溅射的值上。
[0026] 所述进气圆环4为双进气口圆环，同时进气圆环内壁均匀设置有一定数量内径一 致的出气孔，通过这种设计可以使流出的反应气体密度均匀分布在真空腔室1内的工艺需 求空间。根据真空腔室体积的不同，以及晶圆载台3位置的不同，本领域技术人员可根据自 身需要设计出气孔的内径以及出气孔在进气圆环内壁的具体位置。
[0027] 根据本实用新型的装置如下进行操作：
[0028] A)在真空腔室1内通入一定量的载气。
[0029] 具体的，在溅射工艺开始之前，首先将真空腔室1抽真空，然后通过载气气体管路 在真空腔室1内通入一定量的载气，如Ar气或He气。
/ F) x9 B& O- ^# n3 j0 ~[0030] B)经过进气圆环4向真空腔室内通入一定量的反应气体。
& D7 X3 _$ _; E2 V- c[0031] 具体的，气体控制系统或人工打开反应气体管路阀门6,使反应气体经过进气口圆 环，由进气圆环内壁设置的出气孔进入真空腔室1。在本实用新型中为了生成所需要的V0 薄膜，因此所采用的反应气体是氧气，在其它实施例中，本领域技术人员可根据需要选择其 他反应气体如氮气等。
[0032] C)在靶材2和晶圆载台3之间加电压。
[0033] 具体的，在靶材2和晶圆载台3之间加电压，此电压会产生气体辉光放电，这种带 电离子在电场加速下轰击靶材2,使靶材的金属离子加速沉积在晶圆载台3的晶圆上。靶材 2和晶圆载台3之间所加电压的大小本领域技术人员可根据实际情况选择合适的电压值。 在此加压期间反应气体会在等离子体轰击下均匀的和金属离子反应，在晶圆上形成所需的 金属化和物薄膜。用此种方法所形成的金属化和物薄膜的阻值均匀性和反应气体的密度在 真空腔室的均匀分布有直接关系。
" y. f' C! h; _- e  `" v& }[0034] 可选的，在靶材2和晶圆载台3之间加电压之前，需要对放置在晶圆载台上的晶圆 的表面制作掩膜，然后进行溅射薄膜工艺，即可形成图形化的薄膜。
[0035] 采用传统工艺使用Varian公司的M2000/8型号的真空溅射系统溅射薄膜时，设定 工艺参数为：溅射功率DC = 900W、载气Ar = 70sccm、溅射100(^、1001^\^，此时溅射出 的V〇X薄膜阻值均匀性为10%。
9 `: i1 x& g, k8 G7 x& G6 V[0036] 而采用本实用新型所述的装置，同样设定工艺参数为：溅射功率DC = 900W、载气 Ar = 70sccm、溅射1000A、100K Ω VOx，此时溅射出的VOx薄膜阻值均匀性为3%。由此对比 实验可以看出，使用本实用新型的方法形成的VOx薄膜，VOx薄膜的阻值均匀性约2倍多的 提升，从而使得非制冷红外传感器的成像效果也得到有效的提高。
[0037] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：通过采用本实用新型所提供的装置， 使反应气体从进气圆环内壁均匀流出，使得真空腔室的反应气体密度达到均匀分布效果， 从而有效提高半导体薄膜的均匀性。
6 y* ?! Q1 _) m( c) R+ [[0038] 虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本实用新型的精 神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修 改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本实用新型保护范围内的 同时，工艺步骤的次序可以变化。
[〇〇39] 此外，本实用新型的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、 制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本实用新型的公开内容，作为本领域的普通技术人员 将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、 方法或步骤，其中它们执行与本实用新型描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体 相同的结果，依照本实用新型可以对它们进行应用。因此，本实用新型所附权利要求旨在将 这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
【权利要求】
9 |1 c4 N0 p4 p, M9 K3 F8 d1. 一种用于溅射系统上提高薄膜均匀性的装置，该装置包括以下部分： 真空腔室（1); 靶材（2)，位于所述真空腔室（1)内上部的中央位置； 晶圆载台（3)，位于所述真空腔室（1)内底部的中央位置； 进气圆环（4)，位于所述真空腔室（1)内中部的中央位置，并与反应气体管路（5)相 连； 反应气体管路（5)，与进气圆环相连，用于通过进气圆环来向真空腔室（1)内输入反应 气体。
/ y$ t; b" m' `7 a6 E7 ?1 m2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述进气圆环（4)为双进气口圆环。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述进气圆环内壁均匀设置有一定数量内径一 致的出气孔。
  o: X. g3 i# z4. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述反应气体管路（5)上安装有电信号控制开关 的阀门（6)。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述真空腔室（1)与载气气体管路相连。
6. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述靶材（2)与溅射电源相连，所述晶圆载台 ⑶接地。
9 u0 x# J9 k, q+ {, T+ x# {  V) ~7. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述反应气体管路（5)和载气气体管路上均设置 有流量计。
【文档编号】C23C14/34GK203878204SQ201420268937
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】孙志国, 雷述宇 申请人:北方广微科技有限公司
; X" t$ y7 c: WX技术网 原文链接:http://www.xjishu.com/zhuanli/24/201420268937.html
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