溅射系统和沉积方法与流程

本发明涉及一种溅射系统和一种利用该溅射系统在基板上沉积薄膜的沉积方法。

背景技术：

在微电子加工领域，通常需要在基板上沉积形成一整层膜层，然后对膜层进行图形化，获得需要的元件。

其中，磁控溅射是一种常见的沉积成膜方法。为了在基板上获得厚度均匀的膜层，通常会在沉积时移动基板或靶材。

但是，在沉积膜层时移动基板或靶材虽然可以在基板上形成厚度均匀的膜层，但是也容易产生颗粒，最终造成产品的不良。

因此，如何在保证膜层均匀的情况下减少颗粒的产生成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种溅射系统和一种利用该溅射系统在基板上沉积薄膜的沉积方法。利用所述溅射系统在基板上沉积膜层既可以获得厚度均匀的膜层又可以减少颗粒的产生。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种溅射系统，其特征在于，所述溅射系统包括至少两个溅射腔，每个所述溅射腔内均设置有依次排列的多个靶材安装座，所述靶材安装座用于安装靶材，所述溅射系统用于在执行溅射工艺时分别在不同的溅射腔内设置预定数量的靶材，在任意一个溅射腔内，预定数量的靶材分别设置在预定数量的靶材安装座上，并且在同一个溅射腔内，相邻两个靶材之间的间隔足以容纳至少一个所述靶材，以使得不同的溅射腔内的靶材在同一个待溅射的基板的沉积面上的不同位置处沉积材料，并且，所述待溅射的基板依次在各个溅射腔内溅射完成后能够在所述沉积面上获得连续的、各处厚度差不超过预定值的目标膜层。

优选地，在任意一个所述溅射腔内，相邻两个靶材安装座之间形成有间隔，该间隔足以设置至少一个靶材安装座。

优选地，在任意一个所述溅射腔内，相邻两个所述靶材安装座之间的间隔中设置有阳极棒。

优选地，每个所述溅射腔中均设置有能够移动的基板安装座，所述基板安装座用于承载待溅射的基板。

优选地，所述溅射系统包括两个所述溅射腔。

优选地，同一个所述溅射腔内，相邻两个靶材安装座之间的间隔能够设置一个靶材安装座。

优选地，所述溅射系统包括依次排列的摇摆机构、预真空腔、高真空腔以及多个所述溅射腔，其中，

所述摇摆机构用于将水平状态的基板转动为竖直状态的基板并送入所述预真空腔中；

所述预真空腔用于对所述基板进行预抽真空处理；

所述高真空腔用于对经过预抽真空处理的基板进行进一步真空处理。

优选地，所述靶材安装座用于安装柱状的靶材，以在所述沉积面上形成与所述柱状的靶材相对应的矩形的溅射区。

作为本发明的第二个方面，提供一种利用本发明所提供的上述溅射系统在基板上沉积膜层的沉积方法，其中，所述沉积方法包括：

在各个溅射腔内预定数量个靶材安装座上分别安装材料相同的靶材，且在同一个溅射腔内，相邻两个靶材之间的间隔足以容纳至少一个所述靶材；

分别将所述基板依次设置在各个溅射腔内进行溅射沉积工艺，其中，从第二个溅射腔开始，基板上的中间膜层的凹陷区与该溅射腔中的靶材相对，以在所述基板的溅射面上形成连续的、各处厚度差不超过预定值的目标膜层。

优选地，在每个溅射腔内进行溅射沉积工艺的时间相同。

优选地，每个所述溅射腔中均设置有能够移动的基板安装座，所述基板安装座用于承载待溅射的基板，

从第二个溅射腔开始，调整该溅射腔中的基板安装座的位置，以使得基板上的中间膜层的凹陷区与该溅射腔中的靶材相对。

优选地，所述基板竖直地设置在所述溅射腔内，所述沉积方法还在将基板设置在第一个溅射腔中之前进行的以下步骤：

将基板从水平状态翻转为竖直状态；

将竖直状态的基板送入预真空腔内，并对所述基板进行预抽真空处理；

将经过预抽真空处理的基板传送入高真空腔内，以进行进一步真空处理。

优选地，所述基板的沉积面为矩形面，所述靶材安装座用于安装柱状的靶材，在各个溅射腔内，在所述沉积面上形成与所述靶材对应的矩形的溅射区，将所述基板依次设置在各个溅射腔内进行溅射沉积工艺后，多个矩形的溅射区布满所述沉积面。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所提供的溅射系统中，一个溅射腔内靶材的排列示意图；

图2是基板在图1中所示的溅射腔内执行沉积工艺后获得的膜层示意图；

图3是本发明所提供的溅射系统中，另一个溅射腔内靶材的排列示意图；

图4是基板分别图1和图2中所示的溅射腔内执行溅射沉积工艺后获得的膜层示意图；

图5是本发明所提供的溅射系统中，溅射将内靶材和基板的设置位置关系示意图；

图6是本发明所提供的沉积方法的流程示意图。

附图标记说明

110：第一个溅射腔中的靶材120：第二个溅射腔中的靶材

130：阳极棒200：基板

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一个方面，提供一种溅射系统，其中，所述溅射系统包括至少两个溅射腔，每个所述溅射腔内均设置有依次排列的多个靶材安装座，所述靶材安装座用于安装靶材。所述溅射系统用于在执行溅射工艺时分别在不同的溅射腔内设置预定数量的靶材，在任意一个溅射腔内，预定数量的靶材分别设置在预定数量的靶材安装座上，并且在同一个溅射腔内，相邻两个靶材之间的间隔足以容纳至少一个所述靶材安装座，以使得不同的溅射腔内的靶材在同一个待溅射的基板的沉积面上的不同位置处沉积材料，并且，所述待溅射的基板依次在各个溅射腔内溅射完成后能够获得连续的、各处厚度差不超过预定值的目标膜层。

在利用所述溅射系统在基板上沉积形成薄膜时，需要在各个溅射腔内的多个靶材安装座上安装多个靶材，需要指出的是，在任意一个溅射腔中都设置有多个靶材，并且，在任意一个溅射腔中，相邻靶材之间的间隔都注意容纳至少一个靶材安装座。

根据设置的靶材的位置对多个溅射腔进行排序。随后，将待溅射的基板设置在第一个溅射腔中，进行溅射沉积工艺。将基板设置在溅射腔中后，靶材与基板的沉积面相对设置。执行溅射沉积工艺时，基板沉积面上与靶材正对的部分沉积的材料较多，而与靶材之间的间隔相对的位置沉积的材料较少甚至没有。第一个溅射腔内的溅射沉积工艺结束后，在该溅射腔内形成的中间膜层也是厚度较大的区域与厚度较小的区域相间隔。随后将沉积有中间膜层的基板转移至第二个溅射腔，此时，将基板上膜层厚度较小的区域与该溅射腔中的靶材对准，然后在该溅射腔中继续执行溅射沉积工艺。

依次类推，在每个溅射腔中都执行了溅射沉积工艺后，多层中间膜层层叠，可以在基板上形成厚度较为均匀的目标膜层(即，在所述沉积面上获得连续的、各处厚度差不超过预定值的目标膜层)。并且，由于在每个溅射腔内执行溅射沉积工艺时基板都是静止的，因此，沉积产生的颗粒较少，从而可以提高产品的良率。

下面一个溅射系统包括两个溅射腔为例对本发明所提供的溅射腔的工作原理进行详细的解释和说明。

图1中所示的是溅射系统的一个溅射腔内靶材的分布示意图，溅射腔内包括间隔设置的多个靶材110。

将基板200与各个靶材110相对设置，执行溅射沉积工艺，经过预定时间后沉积结束，如图2所示，基板200的沉积面上与靶材110相对应的位置处获得厚度较大的膜区域a，在基板200上与靶材110的间隔相对应的位置处没有材料或者膜层厚度较小。

将形成有上述中间膜层的基板设置在第二个溅射腔内。如图3中所示，该溅射腔内设置有多个间隔设置的靶材120。将基板200上膜层厚度较小、或者没有材料的区域与靶材120相对设置，进行溅射沉积工艺。基板200上与靶材120处相对的区域b沉积的材料较多，因此，在沉积结束后，沉积在区域b内的材料大致与膜区域a的厚度相同，从而可以在基板200上形成厚度较为均匀一致的膜层。

如上文中所述，在各个溅射腔内执行溅射沉积工艺时，基板200都是静止不动的，因此，沉积结束后的颗粒较少、甚至不会产生颗粒。

在本发明中，如何实现“在执行溅射工艺时分别在不同的溅射腔内设置预定数量的靶材，在任意一个溅射腔内，预定数量的靶材分别设置在预定数量的靶材安装座上，并且在同一个溅射腔内，相邻两个靶材之间的间隔足以容纳至少一个所述靶材安装座”这一技术特征不做特殊的限定。例如，可以在溅射腔内并排设置多个靶材安装座，但是，并非在每个靶材安装座上都设置靶材，例如，每个一个靶材安装座上设置一个靶材。作为另一种实施方式，相邻两个靶材安装座之间形成有足以容纳至少一个所述靶材安装座的间隔。

在本发明中，“各处厚度差不超过预定值”是指，在沉积面上形成的目标膜层的平整度达到溅射工艺的工艺要求。作为一种实施方式，所述预定值可以在10nm至50nm之间。

在本发明中，对相邻两个靶材的安装座之间的间隔不做特殊的限定。对应于上文中所述的包括两个溅射腔的溅射系统而言，在同一个溅射腔内，相邻两个靶材安装座之间的间隔足以设置一个靶材安装座即可。需要指出的是，在相邻两个靶材安装座之间的间隔中可以设置有阳极棒130。阳极棒130可以起到形成电场、对气体离子进行加速的作用，从而可以提高溅射沉积的成膜速率。

为了使得基板分别在各个溅射腔内进行沉积工艺后、在基板的沉积面上可以获得连续的、各处厚度差不超过预定值的目标膜层，可以对各个溅射腔中的靶材的安装位置进行设置。不同溅射腔中靶材与待溅射的基板的沉积面之间的相对位置互不相同。对于相邻两个靶材安装座之间形成有间隔的实施方式中，不同溅射腔中的靶材安装座与待溅射的基板的沉积面之间的相对位置不同。

作为一种实施方式，例如，安装图2中左数第一个靶材120的靶材安装座的位置与安装图1中左数前两个靶材110的靶材安装座中间的间隔相对应，依次类推。

在本发明中，除了靶材安装座的设置位置不同外，各个溅射腔的结构是完全相同的。这样，无需对安装基板的机台进行改进，在执行溅射沉积工艺时，直接将待溅射的基板安装在机台上即可。

除了通过设置靶材、使得不同溅射腔内形成厚度分布不同的中间膜层之外，还可以通过设置基板在溅射腔中的位置来实现“不同溅射腔内形成不同的中间膜层”。具体地，每个所述溅射腔中均设置有能够移动的基板安装座，该基板安装座用于承载待溅射的基板。

在所述溅射系统中，对溅射腔中的靶材位置不做限定。第一个溅射腔正常进行成膜，在第二个溅射腔进行成膜的时候，设置基板安装座的位置，使得设置在基板安装座上的基板的中间膜层的厚度相对较小的位置与第二个溅射腔中的靶材相对。

在本发明中，靶材的具体设置方式不做特殊的限定，靶材可以水平设置，也可以竖直设置。作为一种优选实施方式，如图5中所示，靶材110竖直设置，相应地，基板200也竖直设置。为了便于将基板设置在溅射腔内，优选地，所述溅射系统包括依次排列的摇摆机构、预真空腔、高真空腔以及多个所述溅射腔。

所述摇摆机构用于将水平状态的基板转动为竖直状态的基板并送入所述预真空腔中。

所述预真空腔用于对所述基板进行预抽真空处理。

所述高真空腔用于对经过预抽真空处理的基板进行进一步真空处理。

提供给溅射系统的基板初始状态时水平状态，利用摇摆机构将水平状态的基板转动为竖直状态有利于在不同的腔室之间传输基板。所谓的“预抽真空处理”其实是对基板进行除气(degas)等操作的过程中进行预抽真空处理。所述高真空腔对预抽真空处理的基板进行进一步真空处理也是进行进一步的除气操作。

在本发明中，基板通常为矩形的基板，为了形成布满基板的膜层，优选地，所述靶材安装座用于安装柱状的靶材。每个柱状靶材均可以在所述基板的沉积面上形成与所述柱状的靶材相对应的矩形的溅射区。相应地，经过所述溅射系统的所有溅射腔后，多个矩形的溅射区依次相连，可以形成布满矩形的基板的沉积面的膜层。

优选地，所述溅射系统还可以包括控制模块，该控制模块用于根据待溅射基板的沉积面的面积、溅射腔的数量确定各个溅射腔内靶材的安装位置，并确定各个溅射腔执行溅射工艺的次序。

作为本发明的第二个方面，提供一种利用本发明所提供的上述溅射系统在基板上沉积膜层的沉积方法，其中，如图6所示，所述沉积方法包括：

在步骤s610中，在各个溅射腔内预定数量个靶材安装座上分别安装材料相同的靶材，且在同一个溅射腔内，相邻两个靶材之间的间隔足以容纳至少一个所述靶材；

在步骤s620中，分别将所述基板依次设置在各个溅射腔内进行溅射沉积工艺，其中，从第二个溅射腔开始，基板上的中间膜层的凹陷区与该溅射腔中的靶材相对，以在所述基板的溅射面上形成连续的、各处厚度差不超过预定值的目标膜层。

如上文中所述，在利用所述溅射系统在基板上沉积形成薄膜时，需要在各个溅射腔内的多个靶材安装座上安装多个靶材，需要指出的是，在任意一个溅射腔中都设置有多个靶材，并且，在任意一个溅射腔中，相邻靶材之间的间隔都注意容纳至少一个靶材安装座。

根据设置的靶材的位置对多个溅射腔进行排序。随后，将待溅射的基板设置在第一个溅射腔中，进行溅射沉积工艺。将基板设置在溅射腔中后，靶材与基板的沉积面相对设置。执行溅射沉积工艺时，基板沉积面上与靶材正对的部分沉积的材料较多，而与靶材之间的间隔相对的位置沉积的材料较少甚至没有。第一个溅射腔内的溅射沉积工艺结束后，在该溅射腔内形成的中间膜层也是厚度较大的区域与厚度较小的区域相间隔。随后将沉积有中间膜层的基板转移至第二个溅射腔，此时，将基板上膜层厚度较小的区域与该溅射腔中的靶材对准，然后在该溅射腔中继续执行溅射沉积工艺。

依次类推，在每个溅射腔中都执行了溅射沉积工艺后，多层中间膜层层叠，可以在基板上形成厚度较为均匀的目标膜层(即，在所述沉积面上获得连续的、各处厚度差不超过预定值的目标膜层)。并且，由于在每个溅射腔内执行溅射沉积工艺时基板都是静止的，因此，沉积产生的颗粒较少，从而可以提高产品的良率。

优选地，在每个腔室内进行溅射沉积工艺的时间相同。

优选地，每个所述溅射腔中均设置有能够移动的基板安装座，所述基板安装座用于承载待溅射的基板，从第二个溅射腔开始，调整该溅射腔中的基板安装座的位置，以使得基板上的中间膜层的凹陷区与该溅射腔中的靶材相对

如上文中所述，作为一种实施方式，溅射腔内的靶材是竖直设置的，并且基板也是竖直设置的，而提供给溅射系统的基板是水平设置的，为了便于在不同腔室之间传输基板，优选地，所述沉积方法还在将基板设置在第一个溅射腔中之前进行的以下步骤：

将基板从水平状态翻转为竖直状态；

将竖直状态的基板送入预真空腔内，并对所述基板进行预抽真空处理；

将经过预抽真空处理的基板传送入高真空腔内，以进行进一步真空处理。

如上文中所述，所述靶材安装座用于安装柱状的靶材，以在所述沉积面上形成与所述柱状的靶材相对应的矩形的溅射区。每个柱状靶材均可以在所述基板的沉积面上形成与所述柱状的靶材相对应的矩形的溅射区。相应地，经过所述溅射系统的所有溅射腔后，多个矩形的溅射区依次相连，可以形成布满矩形的基板的沉积面的膜层。

如上文中所述，优选地，所述溅射系统还可以包括控制模块，该控制模块用于根据待溅射基板的沉积面的面积、溅射腔的数量确定各个溅射腔内靶材的安装位置，并确定各个溅射腔执行溅射工艺的次序。相应地，所述沉积方法还可包括在步骤s610之前进行的：

获取溅射基板的沉积面的面积；

根据沉积面和溅射腔的数量确定各个溅射腔内靶材的安装位置；

确定各个溅射腔执行溅射工艺的次序。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。