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，在实际应用中会存在以下问题：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。

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，以提高薄膜的均匀性，简化工艺过程。

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，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，设置在所述靶材的相对的位置上；

其中，所述基座连接一旋转机构，所述旋转机构带动所述基座旋转。

在一实施例中，所述旋转机构包括旋转电机及转动轴。

在一实施例中，所述旋转电机连接所述转动轴的一端，所述转动轴的另一端连接所述基座。

在一实施例中，所述旋转机构还包括一控制单元，所述控制单元连接所述旋转电机。

在一实施例中，所述控制单元调节所述旋转电机的转速。

在一实施例中，所述半导体设备还包括一升降机构，所述升降机构连接所述旋转机构。

在一实施例中，所述升降机构包括驱动电机，丝杠及导向杆。

在一实施例中，所述驱动电机连接所述丝杠，所述丝杠的一端设置在所述导向杆内。

在一实施例中，所述导向杆连接所述基座。

在一实施例中，所述基座还包括多个加热器。

本实用新型提出一种半导体设备，通过基座旋转，改善了溅射离子在基板表面的沉积过程，从而提高了薄膜的均匀性，提高了工艺质量，简化了工艺过程。

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：本实施例中升降旋转机构的剖视图。

图4：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，包括：生长腔体110，基座111及靶材113及磁体114。

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氮化物膜，例如为氮化铝膜或氮化镓膜，例如为(002)取向的氮化铝膜。

请参阅图1，在本实施例中，该基座111还连接一旋转机构，该旋转机构包括旋转电机117及转动轴118，该旋转电机117的输出轴连接在转动轴118的一端，转动轴118的另一端连接在基座111上，通过旋转电机117转动从而带动基座111进行旋转，间接使得基座111上的基板112旋转，当基板112进行旋转时，溅射离子在基板112表面的轨迹发生变化，溅射离子在基板112的表面变得根据均匀，从而在基板112上的表面形成的薄膜更加均匀。在本实施例中，该旋转电机117还连接一控制单元119，通过该控制单元119调整旋转电机117的转速，从而间接调整了基板112的旋转速度，由此可根据溅射离子的浓度调整基板112的旋转速度，以进一步提高薄膜的均匀性。

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，本实用新型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2，在一些实施例中，基座111还可连接一驱动单元120，驱动单元120连接控制单元119，驱动单元120用于驱动基座111上升或下降，驱动单元120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119用于在磁控溅射的过程中控制驱动单元120驱动基座111上升，以使靶材113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119在磁控溅射的过程中控制驱动单元120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119可以采用上位机或plc等。

请参阅图3，在一些实施例中，该基座111还连接一升降旋转机构122，通过该升降旋转机构122可实现基座111的升降或旋转，间接实现基板的升降或旋转。当基座111旋转上升或下降时，基板112与靶材113的距离发生变化，以改善溅射离子的运动过程，提高镀膜的均匀性。

请参阅图3，在一些实施例中，该升降旋转机构122包括带动基座111上升或下降的升降机构以及带动基座111旋转的旋转机构。其中，该升降机构包括升降电机1221及导向杆1222。其中，导向杆1222的一端设置在清洗腔体内，且与基座111连接，导向杆1222与基座111之间通过密封圈1223进行密封。在本实施例中，升降电机1221的输出轴连接导向杆1222，由此可通过升降电机1221带动基座111上升或下降。

请参阅图3，在本实施例中，该旋转机构包括旋转电机1224，蜗杆1225及蜗轮1226。其中，旋转电机1224的输出轴连接蜗杆1225，蜗杆1225连接蜗轮1226，该蜗轮1226固定在导向杆1222上，蜗轮1116和蜗杆1225啮合传动，旋转电机1224例如为步进电机，旋转电机1224步进一次，基座111旋转一个托持位，导向杆1222上固定有托持旋转机构的托架。通过该升降旋转机构122可实现基板112在升降的同时还可以进行旋转运动，因此溅射离子在基板112表面的运动轨迹发生变化，形成的薄膜具有良好的均匀性。

请参阅图1，在本实施例中，靶材113设置在生长腔体110的顶部，靶材113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113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113，溅射电源可以包括直流电源、中频电源或射频电源。靶材113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，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113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，aln缓冲层的厚度在1-1000纳米之间。

请参阅图1，磁体114位于靶材113的上方，磁体114固定在固定板115上，固定板115连接旋转单元116，该旋转单元116带动固定板115绕自身的中心轴旋转，从而带动磁体114旋转，且旋转单元116的中心轴穿过靶材113的中心轴，因此，磁体114围绕靶材113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113的每个位置，以在靶材113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113的整个表面的各个位置，提高靶材113的利用率和溅射时的均匀性，从而提高沉积薄膜的质量。磁体114随固定板115旋转运动时，靶材113可保持静止状态，也可绕自身中心轴旋转，但是靶材113的旋转速度与固定板115绕自身中心轴旋转的速度不相等，目的是使靶材113和磁体114之间存在速度差。固定安装有磁体114的固定板115保持静止时，可以通过动力源如电机来驱动靶材113环绕自身中心轴旋转，以使靶材113和磁体114之间存在速度差。靶材113和磁体114的相对运动，可使得磁体114所产生的磁场均匀地扫描过靶材113的溅射面，且由于本实施例中电场与均匀分布于靶材113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113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113，可有效地提高靶材113的溅射利用率和溅射均匀性。在一些实施例中，该旋转单元116还可带动固定板115沿着旋转单元116的中心轴上升或下降，即沿着靶材113的中心轴上升或下降，即磁体114在旋转的同时上升或下降，从而可以使靶材113均匀腐蚀，提高靶材113的利用率，从而进一步提高镀膜的均匀性。

在一些实施例中，该基座111还可包括多个加热器，多个加热器分别均匀的设置在基座111的背面，基板112设置在基座111的正面。多个加热器对基座111进行均匀的加热，进一步保证了基板112的温度均匀性，有利于溅射离子进行沉积，进一步提高了镀膜的均匀性。

在一些实施例中，在基座111的背面还可设置一测温装置，通过该测温装置可实时测得基座111的温度情况，保证了基座111的温度处于稳定的均匀状态，从而保证基板112的温度处于稳定的状态，从而有利于提高镀膜的均匀性。

在一些实施例中，该生长腔体110还可包括一进气口，该进气口连接外部气源，该生长腔体110还可包括一抽气口，该抽气口连接真空泵。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，上述气体可通过外部气源输送至腔体内。真空泵对该腔体进行抽真空处理，使得该腔体处于真空状态。

请参阅图4，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，例如在该基板上形成氮化铝或氮化镓层。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。

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，通过旋转基座，改善了溅射离子在基板表面的运动轨迹，有利于溅射离子在基板表面进行沉积，有利于提高镀膜的均匀性。同时通过在基座上设置多个加热器，有利于溅射离子在基板表面沉积，有利于提高镀膜的均匀性。

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。