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：

在微电子产品行业，磁控溅射技术作为生产集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能电池及led等产品的重要手段之一，受到广大厂商的高度重视。所谓溅射是指荷能粒子(例如氩离子)轰击固体表面，引起表面各种粒子(如原子、分子或团束)从该物体表面逸出的现象。

工艺中，磁控溅射过程可为：工艺腔室中的电子在电场作用下向基片运动，在飞向基片的过程中与氩原子碰撞，使氩原子电离得到带正电的氩离子和二次电子；其中，氩离子向具有负电势的靶材方向加速运动的过程中获得动量，轰击靶材使靶材发生溅射，以生成溅射粒子；二次电子在电场和外加磁铁产生的磁场的作用下，其运动轨迹近似于一条摆线，二次电子在沿其轨迹运动的过程中继续碰撞氩原子以电离得到新的氩离子和新的二次电子；再者，氩离子轰击靶材所生成溅射粒子中的中性靶材原子或分子迁移到硅片表面，并通过沉积的方式在硅片表面凝聚以形成薄膜，该薄膜具有和靶材基本相同的组份；且在由氩离子轰击靶材时所产生的尾气或其它杂质可由真空泵抽走。

但是在上述工艺中，由于靶材和磁铁的相对位置是相对固定的，磁铁所产生的磁场无法均匀分布于整个靶材溅射面，从而在影响二次电子运动轨迹、减少二次电子与氩原子碰撞次数以使氩离子的生成数量偏少的同时，使得没有足够的氩离子来轰击靶材溅射面，导致靶材的溅射利用率相对较低且溅射均匀性较差。

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，以解决现有技术中由于靶材和磁铁的位置相对固定，从而导致靶材的利用率相对较低且溅射均匀性较差的技术问题，提高镀膜的均匀性。

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，该半导体设备包括：

生长腔体；

基座，设置在所述生长腔体内，所述基座允许设置基板；

靶材，设置在所述生长腔体内；

磁体，设置在所述靶材的相对的位置上；

其中，所述磁体连接一驱动机构，所述驱动机构带动所述磁体移动或转动，所述磁体与靶材之间的距离允许进行调整。

在一实施例中，所述驱动机构包括第一电机，第二电机，传动杆及升降组件，所述第一电机通过所述传动杆连接所述第二电机。

在一实施例中，所述升降组件包括内轴及外轴，所述内轴设置在所述外轴内，所述内轴的一端伸入到所述生长腔体内。

在一实施例中，所述第二电机的输出轴设置在所述所述外轴内，所述第二电机的输出轴连接所述内轴。

在一实施例中，所述第一电机通过所述传动杆及所述第二电机带动所述内轴沿着所述外轴移动。

在一实施例中，所述第二电机带动所述内轴转动。

在一实施例中，所述磁体设置在所述内轴的一端。

在一实施例中，所述内轴带动所述磁体作半圆或整圆转动。

在一实施例中，所述外轴通过密封装置连接在所述生长腔体上。

在一实施例中，所述基座允许连接一旋转单元。

综上所述，本实用新型提出一种半导体设备，通过第一电机带动第二电机作上下往复运动，同时第二电机驱动内轴作旋转运动，从而实现内轴可以同时作上下往复运动和旋转运动，改善磁体与靶材的相对位置，可在一定时间内使磁铁所产生的磁场扫描到靶材的每一个位置，调整二次电子的运动轨迹以增加二次电子与氩原子碰撞次数，进而使得氩原子能够充分电离以产生更多的氩离子，从而提高了氩离子在轰击靶材过程中的靶材的溅射利用率和溅射均匀性，从而提高了镀膜的均匀性。

附图说明

图1：本实施例提出的半导体设备的简要示意图。

图2：本实施例提出的另一种半导体设备的简要示意图。

图3：本实施例提出的另一种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，以提供对本发明实施例彻底的理解。对本领域技术人员显而易见的是本发明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发明的精神和范围内。

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。

请参阅图1，在本实施例中，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，基板112可放置在基座111的正面上。在一些实施例中，基座111的直径范围可例如为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例如为硅衬底或碳化硅衬底，可例如在硅衬底或碳化硅衬底上形成金属化物膜，例如为氮化铝膜，例如为(002)取向的氮化铝膜。基座111还可连接一驱动单元113，驱动单元113连接控制单元(图中未显示)，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(未显示)，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，当形成例如aln的缓冲层时，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，生长腔体110内所形成的薄膜(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1，在本实施例中，该磁体122可例如为弧形状，由此当磁体122围绕靶材123的中心轴旋转，由此形成一均匀的磁场。该均匀的磁场均匀扫描到靶材123的每个位置，以在靶材123的溅射面附近电离出更多的氩离子，使氩离子能均匀地溅射靶材123的整个表面的各个位置，提高靶材123的利用率和溅射时的均匀性，从而提高沉积薄膜的质量。同时通过磁体122进行上下往复运动，进一步调节了磁体122与靶材123之间的间距，从而可以使靶材123均匀腐蚀，提高靶材123的利用率，进一步提高沉积薄膜的质量和均匀性。

在一些实施中，磁体122在作旋转运动时，靶材123可保持静止状态，也可绕自身中心轴旋转，但是靶材123和磁体122之间存在速度差。当磁体122进行旋转时，可以通过动力源如电机来驱动靶材123环绕自身中心轴旋转，以使靶材123和磁体122之间存在速度差。靶材123和磁体122的相对运动，可使得磁体122所产生的磁场均匀地扫描过靶材123的溅射面，且由于本实施例中电场与均匀分布于靶材123溅射面的磁场同时作用于二次电子，可调整二次电子的运动轨迹以增加二次电子与氩原子的碰撞次数，使得靶材123溅射面附近的氩原子被充分电离，以产生更多的氩离子；且通过更多的氩离子轰击靶材123，可有效地提高靶材123的溅射利用率和溅射均匀性，进一步提高沉积薄膜的质量和均匀性。

请参阅图1，在一些实施例中，该半导体设备100还包括至少一进气口，该进气口设置在生长腔体110的侧壁上，该进气口连接外部气源124，该半导体设备100还包括至少一抽气口，该抽气口设置在生长腔体110的底部上，该抽气口连接真空泵125。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)及氧化氮(no)等，惰性气体如氩气(ar)、氖气(ne)及氪气(kr)等，上述气体可通过外部气源124输送至生长腔体110内。真空泵125对该腔体进行抽真空处理，使得该生长腔体110处于真空状态。

请参阅图2，在一些实施例中，半导体设备200的磁体122还可设置在一固定板222上，该固定板222通过连杆221连接一驱动单元220，该驱动单元220可例如为伺服电机或旋转伺服电机，由此可实现磁体122的位置上升或下降或者实现该磁体122围绕该连杆221转动。由此可调节磁体122与靶材之间的距离。当该磁体122进行转动时，形成均匀的圆形磁场，可进一步提高靶材的利用率和溅射均匀性，从而可提高镀膜的均匀性。在一些实施例中，磁体122可非对称的设置在固定板222上，磁体122及固定板222均位于生长腔体110内。

请参阅图3，本实施例还提出另一种半导体设备10，该半导体设备10包括清洗腔体11，运送腔体12，预热腔体13，生长腔体110，冷却腔体15及成品腔体16。其中，清洗腔体11，预热腔体13，生长腔体110及冷却腔体15均与运送腔体12连接，成品腔体16连接冷却腔体15。当该半导体设备10进行工作时，运送腔体内的机械手臂将基板运送至清洗腔体11内，清洗腔体11内，通过对清洗腔体11的电极施加偏压，以在基板表面附件产生等离子体。所产生的等离子体一般含有由气体混合物形成的自由基和离子，所述的气体混合物包括氩气、氮气、氢气和/或其它气体。所产生的气体离子和自由基与基板表面相互作用和/或轰击基板表面，以移除任何基板表面污染和颗粒。在一些情况下，等离子体用来修改基板的表面结构，以确保在基板与沉积的外延薄膜层(例如含aln的缓冲层)之间有更好的晶体对准。可调节等离子体密度、偏压和处理时间以高效地处理基板表面，但不损害基板表面。当基板清洗步骤完成后，运送腔体12内的机械手臂将基板运送至预热腔体13中，基板在进入预热腔体13前可对基板进行脱气处理，以从基板的表面移除任何有害的吸附水或其它可挥发的污染物，基预热腔体13将该基板加热至一定的温度后，运送腔体12内的机械手臂将该基板运送至生长腔体110内，在该基板表面上形成半导体层。当基板完成镀膜作用后，运送腔体12内机械手臂将该基板运送至冷却腔体15中进行冷却，等待基板冷却至一定温度后，将该基准运送至成品腔体16内进行保存。需要注意的是，清洗腔体11，预热腔体13，生长腔体110，冷却腔体15及成品腔体16始终保持真空状态。本实施例中的半导体设备可例如在该基板上形成一或多个氮化铝缓冲层具有原子级的光滑表面，所述光滑表面具有小于1纳米的粗糙度和合乎需要的(002)方向的结晶方向。

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，通过设计一种驱动机构，该驱动机构可以使得磁体同时进行上下运动和旋转运动，有效提高了靶材的溅射利用率和溅射均匀性，有效提高了镀膜的均匀性，提高了产品的质量。

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。