一种半导体设备的制作方法

本实用新型涉及半导体领域，特别涉及一种半导体设备。

背景技术：

随着集成电路生产技术的不断进步，电路芯片的集成度得到大幅提升。目前，在一片芯片中所集成的晶体管数量已经达到了惊人的几千万个，数量如此庞大的有源元件的信号集成需要多达十层以上的高密度金属互联层进行连接。因此，作为制备上述金属互联层的重要工艺，物理气相沉积(physicalvapordeposition，以下简称pvd)技术得到了广泛应用。

磁控溅射设备的工作原理是：电子在电场的作用下加速飞向基板，在此过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，在靶材和基板之间形成等离子体区域。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子或分子，呈中性的靶材原子或分子沉积在基板上成膜。为了形成更多氩离子对靶材轰击以产生更多靶材原子或分子，就需要提高电子与氩原子的碰撞率。利用靶材附近形成的磁场，使电子受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶材的等离子体区域内，围绕靶材运动，增加电子的运动路径，从而提高电子与氩原子的碰撞率，电离出的大量氩离子可轰击出更多靶材原子或分子。但是直接溅射完成后薄膜的均匀性较差，使得在下一步的工艺中还需要后续处理，工艺过程繁琐，不适合大尺寸晶片的生产。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的缺陷，本实用新型提出一种半导体设备，以提高镀膜的均匀性，简化操作过程。

为实现上述目的及其他目的，本实用新型提出一种半导体设备，包括：

生长腔体；

基座，设置在所述生长腔体内，所述基座允许放置基板；

靶材，设置在所述生长腔体内；

磁体，设置在所述靶材相对的位置上；

其中，所述磁体包括多个磁性单元，所述磁体是形成一弧形的磁场。

在一实施例中，所述磁体包括第一部分，第二部分及多个第三部分，所述多个第三部分连接在所述第一部分及所述第二部分之间。

在一实施例中，所述第一部分的两端分别连接在所述第三部分的一端，所述第一部分包括第一磁性单元。

在一实施例中，所述第二部分的两端分别连接在所述第三部分的另一端，所述第二部分包括第多个第二磁性单元，多个第三磁性单元及一个第四磁性单元。

在一实施例中，所述第四磁性单元的两端连接所述多个第三磁性单元，所述第二磁性单元的一端连接所述第三磁性单元，所述所述第二磁性单元的另一端连接所述第三部分。

在一实施例中，所述多个第三磁性单元与所述第四磁性单元形成一凹部。

在一实施例中，所述第三部分包括依次连接的多个磁性单元。

在一实施例中，所述多个磁性单元的斜率逐渐增大。

在一实施例中，一种半导体设备，包括：

运送腔体，所述生长腔体设置在所述运运送腔体的侧壁上；

预热腔体，设置在所述运送腔体的侧壁上；

清洗腔体，设置在所述运送腔体的侧壁上；

过渡腔体，设置在所述运送腔体的侧壁上，所述基板通过所述过渡腔体进入所述生长腔体内，所述基板在所述生长腔体内进行沉积薄膜；

基座，设置在所述生长腔体内，所述基座允许放置基板；

靶材，设置在所述生长腔体内；

磁体，设置在所述靶材相对的位置上，所述磁体包括多个磁性单元，所述磁体是形成一弧形的磁场。

本实用新型提出一种半导体设备，通过磁体围绕靶材形成均匀的弧形磁场，提高了溅射离子轰击靶材的利用率和溅射均匀性，保证了溅射离子的沉积均匀性，由此提高了镀膜的厚度均匀性。

附图说明

图1：本实施例提出的生长腔体的简要示意图。

图2：本实施例中磁体的简要示意图。

图3：本实施例中磁体的另一简要示意图。

图4：本实施例中磁体的另一简要示意图。

图5：本实施例提出的半导体设备的简要示意图。

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。

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。

以下说明阐述许多特定细节，比如工艺腔室配置和材料体系，以提供对本实用新型实施例彻底的理解。对本领域技术人员显而易见的是本实用新型的实施例可在没有这些特定细节的情况下被实施。在其他情况中，不详述诸如特定二极管配置之类的熟知的特征，以免让本发明的实施例变得晦涩难懂。另外，应理解各图所示各种实施例是示例性说明，而没有必要地按比例绘制。此外，本文实施例中可能未明确揭示其他布置和配置，但所述其他布置和配置仍被视为在本实用新型的精神和范围内。

请参阅图1，本实施例提出一种半导体设备100，该半导体设备100包括生长腔体110，基座111，靶材123及磁体122。基座111设置在生长腔体110内，基座111可设置在生长腔体110的底端，在基座111的正面上允许放置多个基板112，例如可放置四个或六个或更多或更少个基板112，在本实施例中，基座111上设置一个基板112。在一些实施例中，基座111的直径范围例如为200mm-800mm，例如在400-600mm。基座111可由多种材料形成，包括碳化硅或涂有碳化硅的石墨。在一些实施例中，基座111包括碳化硅材料并具有2000平方厘米或以上的表面积，例如为5000平方厘米或以上，又例如为6000平方厘米或以上。在本实施例中，该基板112可包括蓝宝石，碳化硅，硅，氮化镓，金刚石，铝酸锂，氧化锌，钨，铜和/或铝氮化镓，该基板112还可例如为钠钙玻璃和/或高硅玻璃。一般而言，基板112可能由以下各种组成：具有兼容的晶格常数和热膨胀系数的材料，与生长其上的iii-v族材料兼容的基板或在iii-v生长温度下热稳定和化学温定的基板。基板112的尺寸在直径上可从50mm至100mm(或更大)的范围。在本实施例中，该基板112例如为硅衬底，可例如在硅衬底上形成金属化合物膜，例如为氮化铝薄膜或氮化镓薄膜，例如为(002)取向的氮化铝膜。基座111还连接一驱动单元113，驱动单元113连接控制单元(未显示)，驱动单元113用于驱动基座111上升或下降，驱动单元113可以采用诸如伺服电机或步进电机等的驱动装置，控制单元用于在磁控溅射的过程中控制驱动单元113驱动基座111上升，以使靶材123与基座111的间距始终保持预定值不变，该预定值可以根据具体需要设定为可获得理想的薄膜均匀性、沉积速率等的工艺结果的最优值。因此，通过借助控制单元在磁控溅射的过程中控制驱动单元113驱动基座111上升，以使靶基间距始终保持最优值不变，可以提高薄膜均匀性和沉积速率，进而可以提高工艺质量。控制单元可以采用上位机或plc等。在一些实施例中，基座111还可连接一旋转单元，旋转单元用于在膜沉积期间使基座111旋转，进一步改善镀膜的厚度均匀性，及改善镀膜的应力均匀性。

值得说明的是，在一些实施例中，半导体设备100还可例如包括负载锁定室、承载盒和选择性附加的mocvd反应腔室(未显示)以供大量应用。

在一些实施例中，基板的选择包括但不限于蓝宝石，sic，si，金刚石，lialo2，zno、w，cu，gan，algan，aln，碱石灰/高硅玻璃，具有匹配的晶格常数与热膨胀系数的基板、与生长于基板上的氮化物材料相容的基板或根据生长于基板上的氮化物材料而被处理(engineered)的基板、在要求的氮化物生长温度下呈热与化学稳定的基板以及未图案化或图案化的基板。在一些实施例中，靶材的选择包括，但不限于含al金属、合金、化合物，比如al、aln、alga、al2o3等，且靶材可以ii/iv/vi族元素掺杂，以改善层相容性与装置性能。在一实施例中，溅射工艺气体可包括，但不限于，比如n2、nh3、no2、no等的含氮气体和比如ar、ne、kr等的惰性气体。

在一些实施例中，本实施例的半导体设备可涉及用于形成高质量缓冲层和iii-v族层的设备和方法，所述高品质缓冲层和iii-v族层可用来形成可能的半导体组件，如射频组件、功率组件、或其它可能组件。

请参阅图1，在本实施例中，靶材123设置在生长腔体110的顶部，靶材123与溅射电源(未显示)电连接，在磁控溅射过程中，溅射电源向靶材123输出溅射功率，以使在生长腔体110内形成的等离子体刻蚀靶材123，溅射电源可以包括直流电源、中频电源或射频电源。靶材123具有至少一个表面部分是由将在设置在基座111上的基板112上溅射沉积的材料组成的。在一些实施例中，当例如形成氮化铝薄膜时，可使用大体上的纯铝靶材形成含aln的缓冲层，通过使用包括惰性气体(例如氩气)和含氮气体的等离子体而溅射所述纯铝靶材。在一些实施例中，在将一或更多个外延准备就绪的基板112载入生长腔体110之后，通过使用含铝靶材和含氮处理气体在基板112上沉积连续的aln薄膜。在一些实施例中，靶材123可由一材料形成，所述的材料选自但不限于以下各者的群组：大体上的纯铝、含铝合金、含铝化合物(如aln、alga、al2o3)和掺杂有ii/iv/vi族元素以改良层兼容性和装置性能的含铝靶材。在溅射工艺期间使用的处理气体可包括但不限于含氮气体和惰性气体，含氮气体如氮气(n2)、氨气(nh3)、二氧化氮(no2)、氧化氮(no)等等，惰性气体如氩气(ar)、氖气(ne)、氪气(kr)等等。在一些实施例中，可通过用掺杂靶材料和/或将掺杂气体输送至所产生溅射等离子体来将掺杂原子添加至沉积薄膜，以调节沉积pvdaln缓冲层的电特性、机械特性和光学特性，例如以使得薄膜适合在其上制造iii族氮化物装置。在一些实施例中，在生长腔体110内形成的薄膜(例如aln缓冲层)的厚度在0.1-1000纳米之间。

请参阅图1，在本实施例中，磁体122位于靶材123的上方，磁体122围绕靶材123的中心轴进行旋转，例如磁体122围绕靶材123的中心轴旋转90°或180°或360°，或者磁体122可围绕靶材123的中心轴旋转任一角度。在本实施例中，该磁体122连接一驱动机构，该驱动机构带动该磁体122进行旋转的同时，还可以进行上下往复运动。该驱动机构包括第一电机114，传动杆115，第二电机116及升降组件。其中第一电机114通过传动杆115连接第二电机116，第一电机114例如为伺服电机或步进电机，传动杆115可例如为丝杆，第二电机116例如为旋转伺服电机，由此第一电机114可通过传动杆115带动第二电机116进行上下往复运动，第一电机114驱动传动杆115正向，或反向转动可使第二电机116作往复运动。在本实施例中，该升降组件包括外轴118及内轴119，内轴119设置在外轴118内，内轴119允许沿着外轴118运动，同时外轴118设置在生长腔体110上，部分内轴119设置在生长腔体110内，在内轴119的一端上还设有一固定装置121，磁体122通过该固定装置121固定在内轴119的一端上，同时在外轴118在与生长腔体110接触的四周还设置有密封装置120，通过该密封装置120来实现真空密封，该密封装置120可例如为密封圈。在本实施例中，第二电机116通过输出轴117连接内轴119，输出轴117部分位于外轴118内，第二电机116通过该输出轴117可带动内轴119进行旋转，同时第一电机114通过传动杆115带动第二电机116进行上下往复运动，由此当同时打开第一电机114及第二电机116时，该内轴119可在进行上下往复运动的同时，还可以进行旋转运动，从而可以带动内轴119上的磁体122也作相应的运动。当打开第一电机114，关闭第二电机116时，该内轴119可只进行上下往复运动。当关闭第一电机114，打开第二电机116时，该内轴119可只进行旋转运动。由此工作人员可根据实现情况选择打开和/或关闭第一电机114和/或第二电机116。

请参阅图2，在本实施例中，该磁体122包括第一部分，第二部分及多个第三部分，多个第三部分连接在第一部分及第二部分之间。第一部分包括第一磁性单元1221，第二部分包括第二磁性单元1222，第三磁性单元1223及第四磁性单元1224，第三部分包括第五磁性单元1225，第六磁性单元1226及第七磁性单元1227。在本实施例中，第一部分的两端分别连接第三部分的一端，具体地，第一磁性单元1221的两端连接第三部分，更具体地，第一磁性单元1221的两端分别连接第五磁性单元1225。第二部分的两端分别连接第三部分的另一端，其中，第二部分的第四磁性单元1224的两端连接第三磁性单元1223的一端，第三磁性单元1223的另一端连接第二磁性单元1222，同时第三磁性单元1223倾斜设置在第二磁性单元1222及第四磁性单元1224之间，使得第四磁性单元1224向内凹进，形成凹部。需要说明的是，第二部分可为对称结构，即第二磁性单元1222，第三磁性单元1223关于第四磁性单元1224的中心对称，进一步地，第二部分的长度大于第一部分的长度。第三部分包括依次连接的第五磁性单元1225，第六磁性单元1226及第七磁性单元1227，第五磁性单元1225还连接第一磁性单元1221，第七磁性单元1227还连接第二磁性单元1222。同时第五磁性单元1225，第六磁性单元1226及第七磁性单元1227的斜率依次变大，即第七磁性单元1227的斜率大于第六磁性单元1226的斜率，第六磁性单元1226的斜率大于第五磁性单元1225的斜率，需要说明的是，多个第三部分关于第一部分及第二部分的中心轴对称。本实施例通过多个磁性单元拼接成对称的环形的磁体122，当磁体122静止时可形成一弧形的磁场，当磁体122围绕靶材123旋转时可形成均匀的磁场。通过该均匀的磁场可以提供靶材的溅射均匀性，从而实现镀膜的均匀性。

请参阅图3，在一些实施例中，该磁体122还可以为弧形结构，该磁体122包括第一磁性单元1221，第二磁性单元1222及多个第三磁性单元1223，第一磁性单元1221通过第三磁性单元1223连接第二磁性单元1222，其中，第一磁性单元1221和第二磁性单元1222例如为弧形，且第一磁性单元1221和第二磁性单元1222为相同的弧形结构，第三磁性单元1223连接在第一磁性单元1221及第二磁性单元1222之间，且关于第一磁性单元1221及第二磁性单元1222的中心轴对称。当磁体122静止时可形成一弧形的磁场，该磁体122围绕靶材1223旋转时可以形成均匀的磁场。通过该均匀的磁场可以提供靶材的溅射均匀性，从而实现镀膜的均匀性。

请参阅图4，在一些实施例中，该磁体122还可以为近似矩形结构，该磁体122包括相对设置的多个第一磁性单元1221及相对设置的多个第二磁性单元1222，其中第一磁性单元1221连接第二磁性单元1222，第一磁性单元1221可以为弧形结构，且第一磁性单元1221可以向内或向外凹进，多个第一磁性单元1221还可以同时为向内或向外凹进的弧形结构，多个第一磁性单元1221也可以包括不同的弧形结构。该磁体122可以我对称结构或者非对称结构，当磁体122静止时可形成一弧形的磁场，该磁体122围绕靶材123旋转时可以形成均匀的磁场。通过该均匀的磁场可以提供靶材的溅射均匀性，从而实现镀膜的均匀性。

请参阅图1，在本实施例中，该生长腔体110上包括至少一个进气口，该进气口连接外部气源124，外部气源124通过该进气口向该生长腔体110内送入气体，外部气源124通过该进气口向该生长腔体100内输送含氮气体如氮气(n2)、氨气(nh3)、二氧化氮(no2)、氧化氮(no)等，惰性气体如氩气(ar)、氖气(ne)、氪气(kr)等。在生长腔体110上至少包括一个抽气口，该抽气口连接真空泵125，真空泵125通过该抽气口对该生长腔体110进行抽真空处理。

请参阅图5，本实施例还提出一种半导体设备300，该半导体设备300包括一传送腔体310，过渡腔体320，清洗腔体330，预热腔体340及多个生长腔体350。过渡腔体320，清洗腔体330，预热腔体340及多个生长腔体350分别设置在传送腔体310的侧壁上。

请参阅图5，在一些实施例中，该半导体设备300还包括一制造界面313，在制造界面313内包括卡匣及基板装卸机械手臂(未示出)，卡匣含有需要进行处理的基板，基板装卸机械手臂可包含基板规划系统，以将卡匣内的基板装载至过渡腔体320内，具体地，将基板放置在载台的托盘上。制造界面313内的基板装卸机械手臂将基板送入过渡腔体320内，然后传送腔体310内的基板装卸机械手臂311将基板通过狭缝阀312送入传送腔体310内，然后将基板依次送入清洗腔体330，预热腔体340及生长腔体350内。当在基板的表面上形成薄膜后，基板装卸机械手臂311将该基板传送至过渡腔体320内，由制造界面313内的基板装卸机械手臂将该基板取出。

在一些实施例中，可通过控制器提供多腔室处理平台的适当控制。控制器可以是任何形式的通用数据处理系统之一，控制器能用于工业设定来控制各种子处理器和子控制器。通常，控制器包括中央处理单元(cpu)，cpu与存储器和在其他共用元件当中的输入/输出(i/o)电路通信。作为一实例，控制器可执行或以其他方式初始化本文所述的任何方法/工艺的操作的一或更多个操作。执行和/或初始化这些操作的任何计算机程序代码可表现成电脑程序产品。本文所述的每个电脑程序产品可由计算机可读取媒介(例如软盘、光盘、dvd、硬盘驱动器、随机存取存储器等)运行。

综上所述，本实用新型提出一种半导体设备，通过在生长腔体内形成均匀的弧形磁场，由此可提高靶材的溅射利用率，从而有效提高镀膜的均匀性。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本实用新型的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。