磁控溅射环装置及磁控溅射反应器的制造方法
【专利摘要】一种磁控溅射环装置和磁控溅射反应器，其中，磁控溅射环装置包括：安装于磁控溅射腔室侧壁上，所述磁控溅射腔室侧壁具有定位销套，所述磁控溅射环装置包括：磁控溅射环，所述磁控溅射环包括内环侧壁和与所述内环侧壁相对的外环侧壁，所述外环侧壁具有凹槽；定位销，一端与凹槽底部连接，另一端套设在定位销套中，其特征在于，所述内环侧壁与所述定位销套距离不变，所述磁控溅射环的外环侧壁与所述定位销套之间的距离为大于0.01毫米且小于6毫米。本实用新型的磁控溅射环装置的使用寿命长。
【专利说明】磁控溅射环装置及磁控溅射反应器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种磁控溅射环装置及磁控溅射反应器。
【背景技术】
[0002]物理气相沉积(PVD, Physical Vapor Deposit1n)是电子在电场的作用下加速飞向基板的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基板，氩离子在电场的作用下加速轰击溅射基台上的靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子(或分子)沉积在基板上成膜，而最终达到对基板表面镀膜的目的。
[0003]图1为物理气相沉积中应用磁控溅射环的溅射反应器。请参考图1，该磁控溅射反应器包括具有侧壁114的磁控溅射腔室112，磁控溅射腔室112通常是高真空室，大体上为圆筒形。靶材I被设置在磁控溅射腔室112的上部区域中，且基板118被设置在磁控溅射腔室112的下部区域中。基板118被保持在基座120上，基座120沿圆筒形侧壁的中心轴线TT设置并且与靶材I相对，所述基座120通常包括静电卡盘。靶材I将通过适当的支承构件(未示出)被保持，所述支承构件可包括动力源。可设置上部罩(未示出)以罩住靶材I的边缘。靶材I的材料可包括例如铝、镉、钴、铜、金、铟、钥、镍、铌、钯、钼、铼、钌、银、锡、钽、钛、钨、钒和锌中的一种或多种。这些元素可以以元素、化合物或合金的形式存在。
[0004]基板118可包括半导体晶片，例如单晶硅晶片。
[0005]溅射材料从靶材I的表面中溅射出来且被导向基板118。溅射材料122由箭头表示。通常情况下，结合参考图1至图3，磁控溅射环装置2设置在磁控溅射腔室112内，安装在靶材I与基板118之间。磁控溅射环装置2的材料与靶材I的材料相同。磁控溅射环装置2包括磁控溅射环21和将磁控溅射环21固定在磁控溅射腔室112的侧壁114定位销22。具体固定方式请参考图2，在磁控溅射腔室112侧壁处固定所述定位销22的位置处设有定位销套113，磁控溅射环装置2中的定位销22套在定位销套113中以实现磁控溅射环装置2与磁控溅射腔室112的侧壁114的连接。
[0006]施加在磁控溅射环21上的电流产生的电场通过影响整个溅射腔室的磁场来改进溅射材料122的取向，且引导溅射材料与基板118的环形上表面相对正交，以提高溅射过程中所形成薄膜的均匀性。
[0007]磁控溅射环21的材料与靶材I的材料相同。磁控溅射环21在磁控溅射的过程中会发生溅射。溅射出与靶材原子相同的磁控溅射环原子，与靶材原子一起沉积在基板上成膜。
[0008]现有技术中，磁控溅射环装置的使用寿命短。
实用新型内容
[0009]本实用新型解决的问题是现有技术中，磁控溅射环的使用寿命短。
[0010]为解决上述问题，本实用新型提供一种磁控溅射环装置，安装于磁控溅射腔室侧壁上，所述磁控溅射腔室侧壁具有定位销套，所述磁控溅射环装置包括:磁控溅射环，所述磁控溅射环包括内环侧壁和与所述内环侧壁相对的外环侧壁，所述外环侧壁具有凹槽；定位销，一端与凹槽底部连接，另一端套设在定位销套中，
[0011]所述内环侧壁与所述定位销套距离不变，所述磁控溅射环的外环侧壁与所述定位销套之间的距离为大于0.01毫米且小于6毫米。
[0012]可选的，所述磁控溅射环还包括与所述内环侧壁和所述外环侧壁连接且相对的环形上表面和环形下表面，所述环形上表面包括第一弧形面、与所述第一弧形面相对的第二弧形面和与所述第一弧形面、所述第二弧形面连接的平面，所述第一弧形面与所述内环侧壁连接，所述第二弧形面与所述外环侧壁连接。
[0013]可选的，所述第一弧形面与第二弧形面的弧度相同。
[0014]可选的，所述第一弧形面的弧度为大于O度且小于等于90度。
[0015]可选的，所述第一弧形面的弧度为90度。
[0016]可选的，所述磁控溅射装置应用于12寸硅片或8寸硅片的生产工艺，所述外环侧壁与所述内环侧壁之间的距离为大于4mm且小于等于9.99mm。
[0017]可选的，所述内环侧壁与凹槽底部之间的距离为大于3mm且小于8.99mm。
[0018]可选的，所述定位销套的个数与所述定位销的个数相等，所述磁控溅射装置应用于12寸硅片，所述定位销的个数为7个；所述磁控溅射装置应用于8寸硅片，所述定位销的个数为5个。
[0019]可选的，所述磁控溅射环表面具有滚花图案。
[0020]本实用新型还提供一种磁控溅射反应器，包括:
[0021]磁控溅射腔室，具有围绕中心轴线布置的侧壁；
[0022]溅射靶材，安装在所述磁控溅射腔室的顶部；
[0023]基座，沿所述中心轴线布置成与所述溅射靶材相对，用于支撑待处理的基板；及上述述的磁控溅射环装置，所述磁控溅射环装置位于所述磁控溅射腔室内，并位于所述溅射靶材与所述基座之间。
[0024]与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点:
[0025]磁控溅射环的外环侧壁与所述定位销套之间的距离小于6毫米，是为了不改变磁控溅射环内径的前提下，将磁控溅射环的厚度增加，也就是说，将凹槽底部与内环侧壁之间的距离增加，从而可以延长磁控溅射环的溅射时间，可以延长磁控溅射环与定位销脱落的时间，这样磁控溅射环装置的使用寿命就被延长了。进而可以减小磁控溅射环的更换频率，提闻生广效率。
[0026]另外，磁控溅射环的外环侧壁与所述定位销套之间的距离大于0.01毫米，可以防止磁控溅射环与定位销套接触，从而可以防止发生磁控溅射腔室的短路现象，进而可以提高基板上的镀膜质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是现有技术中物理气相沉积中应用磁控溅射环装置的磁控溅射反应器的剖面结构示意图；
[0028]图2是图1中的磁控溅射环装置安装在磁控溅射腔室侧壁的俯视结构示意图；
[0029]图3是图2中的磁控溅射环装置的俯视结构示意图；
[0030]图4是图3沿AA方向的剖面结构示意图；
[0031]图5是图3沿BB方向的剖面结构示意图；
[0032]图6是本实用新型中的磁控溅射环装置的俯视结构示意图；
[0033]图7是图6沿CC方向的剖面结构示意图；
[0034]图8是图6沿DD方向的剖面结构示意图；
[0035]图9是图8中的A区域的放大示意图；
[0036]图10是图6中的磁控溅射环装置安装在磁控溅射腔室侧壁的俯视结构示意图。
【具体实施方式】
[0037]经过发现和分析，现有技术中，以应用于12寸硅片或8寸硅片生产工艺的钽靶材相对应的钽磁控溅射环装置为例说明磁控溅射环的使用寿命短的原因如下:
[0038]参考图2至图5，钽材料的磁控溅射环21包括内环侧壁211和与内环侧壁211相对的外环侧壁212。内环侧壁211与外环侧壁212之间的距离为磁控溅射环的厚度H1。在外环侧壁212上具有凹槽215，定位销22与凹槽215底面焊接连接。凹槽215底面与内环侧壁211之间为距离H2，磁控溅射环21的厚度Hl大于凹槽215底面与内环侧面211之间的距离H2。
[0039]磁控溅射环21在溅射过程中，内环侧壁211的被溅射速度远大于其他位置的被溅射速度。因此，内环侧壁211至外环侧壁212的方向消耗很快，当消耗至凹槽215底面时，会发生磁控溅射环21与定位销22脱落的现象，严重影响在基板表面镀膜的质量。
[0040]现有技术中的钽材料的磁控溅射环21的厚度Hl为大于等于3mm且小于等于4mm。凹槽215底面与内环侧面211之间的距离H2为大于等于1.5mm且小于等于3mm。将磁控溅射环21安装在磁控溅射腔室112侧壁114上的定位销套113时，外环侧壁212与定位销套113之间的距离为大于等于6mm且小于等于7mm，也就是说，外环侧壁212与定位销套113之间具有较大距离。因此，磁控溅射环21的厚度H1、凹槽215底面与内环侧面211之间的距离H2都非常小。当一个钽靶材还没有溅射完，就发生了磁控溅射环21与定位销22脱落的情况。
[0041]于是，现有技术中，为了避免磁控溅射环21与定位销22脱落，在磁控溅射环21被溅射至非常薄(凹槽215底面与内环侧面211之间的距离H2为0.5左右)的时候，就需要将磁控溅射环21进行更换。然而更换磁控溅射环21时需要依次进行下列步骤:暂停生产、卸溅射腔室真空、拆卸使用完的磁控溅射环、更换新的磁控溅射环，清理溅射腔室、抽溅射腔室的真空等，会严重影响生产效率。
[0042]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种磁控溅射环装置，采用本实用新型的磁控溅射环装置，可以延长磁控溅射环的使用寿命，提高生产效率。
[0043]下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
[0044]参考图6至图10，本实施例中的磁控溅射环装置3，包括:
[0045]磁控溅射环31，所述磁控溅射环31包括内环侧壁311和与所述内环侧壁311相对的外环侧壁312，所述外环侧壁312具有凹槽315 ；
[0046]定位销32，一端与凹槽315底部连接，另一端套设在定位销套113中，
[0047]所述内环侧壁311与所述定位销套113距离不变，所述磁控溅射环的外环侧壁312与所述定位销套113之间的距离为大于0.0l毫米且小于6毫米。
[0048]本实施例中，所述磁控溅射环的外环侧壁312与所述定位销套113之间的距离小于6毫米，是为了将磁控溅射环的厚度增加，也就是说，将凹槽315底部与内环侧壁311之间的距离增加，从而可以延长磁控溅射环31的溅射时间，可以延长磁控溅射环31与定位销32脱落的时间，这样磁控溅射环装置3的使用寿命就被延长了。进而可以减小磁控溅射环的更换频率，提高生产效率。
[0049]磁控溅射环31的外环侧壁312与所述定位销套113之间的距离大于0.01毫米，可以防止磁控溅射环31与定位销套113接触，从而可以防止发生磁控溅射腔室的短路现象，进而可以提闻基板上的锻I旲质量。
[0050]具体如下:本实施例中的磁控溅射环装置3应用于12寸硅片或8寸硅片生产工艺。应用于12寸硅片生产工艺的磁控溅射环装置中的磁控溅射环内径大于应用于8寸硅片生产工艺的磁控溅射环装置中的磁控溅射环内径。
[0051]其中，磁控溅射环具有开口。
[0052]定位销固定在磁控溅射环的外环侧壁上。本实施例中，定位销的数量与定位销套的数量相同。定位销和与所述定位销对应的定位销套的个数越多，磁控溅射环被固定的越稳定。本实施例中，所述磁控溅射装置应用于12寸硅片，所述定位销的个数为7个；所述磁控溅射装置应用于8寸硅片，所述定位销的个数为5个。
[0053]其他实施例中，定位销数量与定位销套的数量不同，也属于本实用新型的保护范围。
[0054]本实施例中，在内环侧壁311直径、外环侧壁312至凹槽315之间的距离不变的情况下，将内环侧壁311与外环侧壁312的距离增加大于Omm且小于5.99mm。这样，磁控溅射环31的厚度就增加了，而且内环侧壁311与凹槽315底部之间的距离也增加了。本实施例中，所述外环侧壁与所述内环侧壁之间的距离H3为大于等于3mm且小于9.99mm。所述内环侧壁与凹槽底部之间的距离H4为大于等于3mm且小于8.99mm。从而可以延长磁控溅射环与定位销套的脱落时间，进而延长了磁控溅射管的使用寿命。但是，为了防止磁控溅射腔室发生短路现象，外环侧壁312不能与定位销套113接触。
[0055]另外，结合参考图6至图9，现有技术中，磁控溅射环31还包括环形上表面313和与环形上表面313相对的环形下表面314。环形上表面313、环形下表面314分别与内环侧壁311、外环侧壁312连接。
[0056]参考图9，环形上表面313和环形下表面314的定义方法如下:以磁控溅射环安装在磁控溅射腔室上时，与磁控溅射腔室内的靶材的溅射面相对的面为环形上表面313。
[0057]环形上表面313包括第一弧形面313a、与所述第一弧形面313a相对且连接的第二弧形面313b，与所述第一弧形面313a、所述第二弧形面313b连接的平面313c。所述第一弧形面313a与所述内环侧壁311连接，所述第二弧形面313b与所述外环侧壁312连接。
[0058]结合参考图3至图5，现有技术中，磁控溅射环21还包括环形上表面213和与环形上表面213相对的环形下表面214。环形上表面213、环形下表面214分别与内环侧壁211、外环侧壁212连接。环形上表面213和环形下表面214分别为弧形面。
[0059]分别呈弧形面的环形上表面和环形下表面光滑没有棱角，可以防止磁控溅射环在磁控溅射环境中产生尖端放电效应，从而防止尖端放电效应影响在基片上的镀膜质量。但是，溅射出的靶材原子会顺着半球面滑落，不会沉积在环形上表面213，从而不会再环形上表面形成可以延长溅射时间的沉积物。
[0060]而本实施例中的靶材原子沉积可以在平面313c上，沉积在平面313c上的沉积物可以参与磁控溅射环的溅射。这样，在磁控溅射过程中，在对磁控溅射环环形上表面313进行溅射的过程中，夹杂着对磁控溅射环31的环形上表面313的沉积物溅射，从而可以进一步延长磁控溅射环的使用寿命。这样，本实施例中，采用本实施例中的磁控溅射环装置，可以使更换磁控溅射环的频率与更换靶材的频率相同，大大提高了生产效率。
[0061]本实施例中，第一弧形面313a和第二弧形面313b的弧度相同，且都为90度。其中，第一弧形面的弧度为:第一弧形面所对的圆心角的度数。第二弧形面的弧度为:第二弧形面所对的圆心角的度数。
[0062]本实施例中，之所以将第一弧形面313a和第二弧形面313b的弧度相同。是因为，只有第一弧形面313a和第二弧形面313b的弧度相同，平面313c才可以呈水平状态，方便靶材原子的沉积，还可以最大化靶材原子的沉积量。否则靶材原子会滑落至磁控溅射环31之外。
[0063]第一弧形面313a和第二弧形面313b的弧度之所以都为90度，是因为，第一弧形面313a、第二弧形面313b和平面313c的交界处没有尖锐的棱角，从而可以防止磁控溅射环31在磁控溅射反应中出现尖端放电现象，可以进一步提高在基板上的成膜效率。
[0064]当然其他实施例中，第一弧形面313a和第二弧形面313b的弧度为大于O度且小于90度，也属于本实用新型的保护范围。这样也可以延长磁控溅射环31的使用寿命，但是，会增加磁控溅射反应中出现尖端放电现象的几率。
[0065]本实施例中，环形下表面314的结构与环形上表面313的形状与大小相同。
[0066]其他实施例中，环形下表面314的结构为现有技术，也属于本实用新型的保护范围。
[0067]其他实施例中，环形上表面313和环形下表面314都为现有技术，也属于本实用新型的保护范围。
[0068]本实施例中，磁控溅射环的表面具有滚花图案，在磁控溅射的过程中可以对靶材原子进行吸附。其他实施例中，磁控溅射环的表面没有滚花图案，也属于本实用新型的保护范围。
[0069]本实用新型还保护一种磁控溅射反应器，包括:
[0070]磁控溅射腔室，具有围绕中心轴线布置的侧壁；
[0071]溅射靶材，被密封到所述真空室的顶部；
[0072]基座，沿所述中心轴线布置成与所述溅射靶材相对，用于支撑待处理的基板；及
[0073]上述的磁控溅射环装置，所述磁控溅射环装置位于所述磁控溅射腔室内，并位于所述溅射靶材与所述基座之间。
[0074]虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种磁控溅射环装置，安装于磁控溅射腔室侧壁上，所述磁控溅射腔室侧壁具有定位销套，所述磁控溅射环装置包括: 磁控溅射环，所述磁控溅射环包括内环侧壁和与所述内环侧壁相对的外环侧壁，所述外环侧壁具有凹槽； 定位销，一端与凹槽底部连接，另一端套设在定位销套中； 其特征在于，所述内环侧壁与所述定位销套距离不变，所述磁控溅射环的外环侧壁与所述定位销套之间的距离为大于0.0l毫米且小于6毫米。
2.如权利要求1所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述磁控溅射环还包括与所述内环侧壁和所述外环侧壁连接且相对的环形上表面和环形下表面， 所述环形上表面包括第一弧形面、与所述第一弧形面相对的第二弧形面和与所述第一弧形面、所述第二弧形面连接的平面，所述第一弧形面与所述内环侧壁连接，所述第二弧形面与所述外环侧壁连接。
3.如权利要求2所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述第一弧形面与第二弧形面的弧度相同。
4.如权利要求3所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述第一弧形面的弧度为大于O度且小于等于90度。
5.如权利要求3所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述第一弧形面的弧度为90度。
6.如权利要求1所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述磁控溅射装置应用于12寸硅片或8寸硅片的生产工艺，所述外环侧壁与所述内环侧壁之间的距离为大于4mm且小于等于 9.99mm。
7.如权利要求6所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述内环侧壁与凹槽底部之间的距离为大于3mm且小于8.99mm。
8.如权利要求6所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述定位销套的个数与所述定位销的个数相等，所述磁控溅射装置应用于12寸硅片，所述定位销的个数为7个；所述磁控溅射装置应用于8寸硅片，所述定位销的个数为5个。
9.如权利要求1所述的磁控溅射环装置，其特征在于，所述磁控溅射环表面具有滚花图案。
10.一种磁控派射反应器,其特征在于,包括: 磁控溅射腔室，具有围绕中心轴线布置的侧壁； 溅射靶材，安装在所述磁控溅射腔室的顶部； 基座，沿所述中心轴线布置成与所述溅射靶材相对，用于支撑待处理的基板；及 如权利要求1?9任意一项所述的磁控溅射环装置，所述磁控溅射环装置位于所述磁控溅射腔室内，并位于所述溅射靶材与所述基座之间。
【文档编号】C23C14/35GK204111859SQ201420575596
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】姚力军, 潘杰, 相原俊夫, 大岩一彦, 王学泽, 吴剑波, 喻洁 申请人:宁波江丰电子材料股份有限公司