半导体腔室及半导体设备的制作方法

本申请涉及半导体加工领域，特别涉及一种半导体腔室及半导体设备。

背景技术：

溅射是一种常用的半导体加工工艺，该工艺是通过荷能粒子轰击靶材，使得靶材表面逸出原子、分子或团束，逸出的原子、分子或团束沉积到待加工件上，从而能够在待加工件(例如晶圆)上形成薄膜。为了使荷能粒子撞击靶材后在待加工件上形成的薄膜均匀，需要引入磁场调节机构，磁场调节机构通过调节半导体腔室内的磁场分布状况来控制荷能粒子的分布。

近些年来，用垂直互连技术在高深宽比的通孔中沉积电介质层和金属层的重要性和挑战性日益显现。特别是对于深孔填充领域的应用，一方面拓展了pvd设备的应用领域，另一方面也对pvd设备提出了更高的要求。为了满足高深宽比的孔隙的填充，长程pvd技术被广泛应用，并引入磁场调节机构调节薄膜沉积的均匀性。在相关技术中，磁场调节机构调节半导体腔室内的磁场分布状况的方式是通过使磁场调节机构中的磁性件可拆卸，具体的，通过安装磁性件和拆卸磁性件的方式来调节磁场分布，这样的调节方式存在调节不方便的问题，进而会导致调节效率低下，进而会导致半导体加工工艺的加工效率低下。

技术实现要素：

本申请提出一种半导体腔室及半导体设备，能够解决相关技术对半导体腔室内的磁场调节存在不方便的问题。

第一方面，本申请提出一种半导体腔室，包括腔室主体和磁场调节机构，所述磁场调节机构包括支架和多个磁性件，其中：

所述支架设于所述腔室主体之外，所述多个磁性件活动地设于所述支架上，所述多个磁性件环绕所述腔室主体设置，每个所述磁性件均可在第一位置与第二位置之间切换，

在所述磁性件处于所述第一位置的情况下，所述磁性件形成的磁场位于所述腔室主体之外；在所述磁性件处于所述第二位置的情况下，所述磁性件形成的磁场至少部分位于所述腔室主体之内。

第二方面，本申请提出了一种半导体设备，包括上述的半导体腔室。

与相关技术相比，本申请的有益效果如下：

本申请实施例公开的半导体腔室通过对相关技术进行改进，使得环绕腔室主体的多个磁性件活动地设置于支架上，进而使得每个磁性件能够相对于支架活动，进而来改变自身产生的磁场相对于腔室主体的位置，最终能够通过调整磁性件的位置来灵活地调整整个磁场调节机构施加于腔室主体上的磁场。相比于相关技术中通过拆卸或增加磁性件以改变磁性件的数量来调整磁场而言，本申请实施例公开的半导体腔室无疑能够使得对施加于腔室主体上的磁场进行调节操作变得较为简单、方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1和图2分别是本申请的一个实施例的半导体腔室在磁性件处于不同位置时的结构示意图；

图3和图4分别是本申请的另一个实施例的半导体腔室在磁性件处于不同位置时的结构示意图；

图5和图6分别是本申请的再一个实施例的半导体腔室在磁性件处于不同位置时的结构示意图；

图7为本申请实施例公开的一种具体的磁场调节机构的结构示意图；

图8为图7的a-a向剖视图；

图9为第一导磁环的俯视图；

图10为图9的b-b向剖视图；

图11为隔磁环的俯视图；

图12为图11的c-c向剖视图；

图13为第二导磁环的俯视图；

图14为图13的d-d向剖视图；

图15为磁性件在第二位置时产生的磁场示意图；

图16为磁性件在第一位置时产生的磁场示意图；

图17为本申请的又一个实施例的半导体腔室的结构示意图。

附图标记说明：

100-腔室主体，

200-磁场调节机构，

210-支架，211-第一导磁件，211′-第一导磁件、211a-第一凹槽、211b-第一气孔、212-隔磁件，212′-隔磁件，212a-通孔、213-第二导磁件，213′-第二导磁件，213a-第二凹槽、213b-第二气孔、210′-支架、201-支架、201′-支架、201〞-支架、

220-磁性件，220′-磁性件、202-磁性件、202′-磁性件、202〞-磁性件、

230-第一密封圈，

240-第二密封圈，

250-第三密封圈，

300-磁控管组件、400-靶材组件、500-承载基座、600-直流电源、700-偏压电源。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1至图17所示，本申请公开一种半导体腔室，本申请公开的半导体腔室可以应用于半导体设备。

请再次参考图1和图2，本申请公开的半导体腔室包括腔室主体100和磁场调节机构200。

腔室主体100是半导体腔室的主体构件，腔室主体100可以容纳待加工件，并对待加工件进行半导体工艺。待加工件可以为晶片或晶圆(wafer)，本申请不限制待加工件的具体种类。

与此同时，腔室主体100可以为半导体腔室的其他至少部分组件提供安装基础。磁场调节机构200安装于腔室主体100上。在本申请实施例中，磁场调节机构200可用于调节施加于半导体腔室的磁场，进而改变磁场分布情况，使得半导体腔室内的磁场分布能够配合针对待加工件所进行的工艺条件。

磁场调节机构200包括支架210和多个磁性件220，支架210设置于腔室主体100外。具体的，支架210可以与腔室主体100固定连接，支架210也可以与腔室主体100活动连接，对此，本申请不作限制。

每个磁性件220可产生磁场。具体的，磁性件220可以为永磁体。支架210为磁性件220提供安装基础，多个磁性件220可活动地设置于支架210上，并且各磁性件220能够在第一位置和第二位置之间切换。在本申请实施例中，多个磁性件220环绕腔室主体100设置。

如图1所示，在磁性件220处于第一位置的情况下，磁性件220形成的磁场处于腔室主体100外。此时，位于第一位置的磁性件220形成的磁场不会对腔室主体100内的工艺气体产生影响，位于第一位置的磁性件220处于非工作状态。

如图2所示，在磁性件220处于第二位置的情况下，处于第二位置的磁性件220形成的磁场的至少部分处于腔室主体100内。此时，处于第二位置的磁性件220形成的磁场可作用于腔室主体100内的工艺气体，位于第二位置的磁性件220处于工作状态。

如上文所述，本申请实施例公开的半导体腔室包括多个磁性件220，每个磁性件220能够在第一位置与第二位置之间切换。通过调整至少部分磁性件220的位置，从而能够使得多个磁性件220形成更多样的磁场，进而能够较为灵活地配合半导体腔室相应的工艺条件。

本申请实施例公开的半导体腔室中，腔室主体100可用于容纳待加工件，磁场调节机构200中的磁性件220在第一位置和第二位置切换时，能够使得磁性件220产生的磁场作用于腔室主体100内或腔室主体100外。当施加于腔室主体100内的待加工件以一种工艺条件时，通过将相应数量的磁性件220设置于第二位置(如图2所示)，能够使磁性件220产生的磁场的至少部分作用于腔室主体100内，从而达到调节工艺气体分布的目的。当施加于腔室主体100内的待加工件以另一种工艺条件时，通过将相应数量的磁性件220切换至第一位置(如图1所示)，能够使磁性件220产生的磁场不再作用于腔室主体100内。本申请所涉及的图1以及图2所示磁性件220所处第一位置和第二位置仅为示意性说明，并非以此为限，只要通过改变磁性件220的位置，实现磁性件220处于一位置时，所产生的磁场不会对腔室主体100内的工艺气体产生影响，即为第一位置，此时处于第一位置的磁性件220处于非工作状态；通过改变磁性件220的位置，实现磁性件220处于另一位置，所形成的磁场的至少部分处于腔室主体100内，即为第二位置，此时处于第二位置的磁性件220处于工作状态。

通过上述工作过程可知，本申请实施例公开的半导体腔室通过对相关技术进行改进，使得环绕腔室主体100的多个磁性件220活动地设置于支架210上，进而使得每个磁性件220能够相对于支架210活动，进而来改变自身产生的磁场相对于腔室主体100的位置，最终能够通过调整磁性件220的位置来灵活地调整整个磁场调节机构200施加于腔室主体100上的磁场。相比于相关技术中通过拆卸或增加来磁性件的数量来调整磁场而言，本申请实施例公开的半导体腔室无疑能够使得对施加于腔室主体100上的磁场进行调节操作变得较为简单、方便。

请再次参考图1，本申请实施例公开的半导体腔室还包括磁控管组件300、靶材组件400、承载基座500、直流电源600和偏压电源700。在具体的工作过程中，直流电源600与靶材组件400相连，承载基座500设置在腔室主体100中，承载基座500用于承载待加工件，偏压电源700与承载基座500连接。在具体的溅射过程中，磁控管组件300将腔室主体100内的工艺气体电离形成带电粒子，在直流电源600产生的电场力作用下，带电粒子会轰击靶材组件400，并形成靶材粒子。靶材粒子在偏压电源700的电场力作用下会向靠近承载基座500的方向移动，并最终沉积在承载基座500上的待加工件上，最终形成沉积层(即薄膜)，达到工艺要求。

在具体的实施过程中，半导体腔室还可以包括驱动机构，驱动机构能够驱动磁性件220运动，进而使得磁性件220在第一位置与第二位置之间切换。本申请实施例公开的半导体腔室还可以包括控制器，控制器能够根据半导体腔室的功率来适应性地调整多个磁性件220的位置。具体的，控制器可以通过控制驱动机构，进而由驱动机构来调整磁性件220的位置，最终达到根据半导体腔室的功率来适应性调整整个磁场调节机构200施加于腔室主体100磁场。此处控制为公知技术，详细过程不再赘述。

如上文所述，磁性件220能够在支架210上移动，进而在第一位置与第二位置之间切换，最终实现磁场的调节。

在具体的实施过程中，达到上述目的的方式有多种，请参考图3和图4，一种可选的方案中，本申请实施例公开的半导体腔室包括驱动机构，驱动机构可以设置于支架210′上，驱动机构与磁性件220′相连，驱动机构驱动磁性件220′移动。具体的，驱动机构驱动磁性件220′移动，进而使得磁性件220′处于第一位置的情况下，磁性件220′产生的磁场能够由于磁性件220′远离腔室主体100，而位于腔室主体100之外，如图3所示。同理，在驱动机构驱动磁性件220′移动至第二位置的情况下，磁性件220′产生的磁场能够由于磁性件220′靠近腔室主体100，而至少部分位于腔室主体100之内，如图4所示。由此可见，通过驱动机构驱动磁性件220′在大范围内的移动，进而来改变磁性件220′产生的磁场远离腔室主体100而位于腔室主体100之外或靠近腔室主体100而位于腔室主体100之内。

驱动机构可以为液压伸缩件、气压伸缩件、直线电机等，当然，驱动机构还可以为其他结构，本申请实施例不限制驱动机构的具体种类。

请再次参考图5和图6，在另一种具体的实施方式中，支架201可以包括依次对接的第一导磁件211、隔磁件212和第二导磁件213，具体地，第一导磁件211、隔磁件212和第二导磁件213均设于腔室主体100上。由于第一导磁件211和第二导磁件213均能够导磁，隔磁件212设于第一导磁件211和第二导磁件213之间，进而将第一导磁件211和第二导磁件213隔离，最终避免第一导磁件211和第二导磁件213之间产生磁通。

请再次参考图6，在磁性件,202处于第二位置的情况下，第一导磁件211、隔磁件212和第二导磁件213均与磁性件202接触。在此种情况下，磁性件202的两个磁极分别与第一导磁件211和第二导磁件213接触，最终相当于使得磁性件202、第一导磁件211和第二导磁件213形成一个更大体积的磁性结构，更大体积的磁性结构能够在更大的空间范围内形成磁场，进而能够使得磁场的至少部分位于腔室主体100内。

请再次参考图5，在磁性件202处于第一位置的情况下，可以与隔磁件212与磁性件202接触，且同时第一导磁件211与第二导磁件213中的一者与磁性件202接触；或者，磁性件202仅与第一导磁件211与第二导磁件213中的一者接触。在此种情况下，磁性件202相当于与第一导磁件211或第二导磁件213形成一个体积较小的磁性结构。磁性件202仅与第一导磁件211接触的情形，该情形下，较小体积的磁性结构能够在较小的空间范围内形成磁场，进而能够使得磁场位于腔室主体100之外。

但本发明并非以此为限，可通过改变磁性件202、第一导磁件211、隔磁件212以及第二导磁件213在第一方向的尺寸大小，实现灵活调整四者之间的接触关系，实现磁性件202在第一位置以及第二位置的调控。

通过第一导磁件211和第二导磁件213的导磁配合，从而能够调整磁性件202产生的磁场的位置，能够使得对磁场的调节更加方便，无需使得磁性件202移动较大的距离，不但能够降低驱动机构的能耗，而且还有利于支架201的小型化，使得整个磁场调节机构200的体积较小，减小其占用空间，方便其在腔室主体100上的布置。

在本申请实施例中，支架的结构可以有多种。一种可选的方案中，支架201′可以为环状结构，如图7至图16所示，环状结构环绕腔室主体100设置。此种环状结构更有利于作为磁性件202′的安装基础，最终实现多个磁性件202′环绕腔室主体100设置这一目的。

在进一步的技术方案中，在支架201′为环状结构的情况下，第一导磁件211′为第一导磁环，隔磁件212′为隔磁环，第二导磁件213′为第二导磁环，如图7至图16所示。第一导磁环、隔磁环和第二导磁环可以同轴设置，多个磁性件202′可以沿支架201′的圆周方向布置。此种结构，通过调整隔磁件212′、第一导磁件211′和第二导磁件213′的形状，从而使其能够形成有利于多个磁性件202′安装的环状结构，同时不影响第一导磁件211′、隔磁件212′和第二导磁件213′与磁性件202′的配合。

实现多个磁性件220围绕腔室主体100设置的方式有多种。请参考图17，一种可选的方案中，支架201〞可以为多个，多个支架201〞围绕腔室主体100间隔设置，每个磁性件202〞一一对应地设于支架201〞上。此种通过减小支架201〞的体积，并通过调整支架201〞的布局也能够实现多个磁性件202〞围绕腔室主体100设置，此种结构有利于安装的灵活化，也方便对单个损坏的支架201〞或磁性件202〞进行更换或维修。

在进一步的技术方案中，第一导磁件211′开设有第一凹槽211a，如图10所示，隔磁件212′开设有通孔212a，如图12所示，第二导磁件213′开设有第二凹槽213a，如图14所示，第一凹槽211a、通孔212a和第二凹槽213a对接形成内腔，如图8、图15和图16所示，磁性件202′可沿第一方向滑动地设于内腔内，第一方向为多个磁性件202′围绕所形成的圆周的轴线方向。此种情况下，磁性件202′设置于内腔中，能够得到支架201′的防护，同时也能够较好地避免外部环境对磁性件202′移动地干扰。当然，支架201′可以直接开设有内腔，不局限于内腔必须由第一导磁件211′、第二导磁件213′和隔磁件212′形成。

如上文所述，磁性件202′在驱动机构的驱动下实现在第一位置与第二位置之间的切换。驱动机构有多种。一种可选的方案中，在支架201′形成内腔的情况下，支架201′的第一端面开设有第一气孔211b，如图10所示，支架201′的第二端面开设有第二气孔213b，如图14所示，第一气孔211b和第二气孔213b均与内腔连通。具体的，支架201′的第一端面可以是第一导磁件211′背向第二导磁件213′的表面，支架201′的第二端面可以是第二导磁件213′背向第一导磁件211′的表面，如图8所示。

在第一气孔211b向内腔内充气，且第二气孔213b泄气的情况下，磁性件202′可自第一位置移动至第二位置；在第二气孔213b向内腔内充气，且第一气孔211b泄气的情况下，磁性件202′可自第二位置移动至第一位置。

在具体的工作过程中，可以将第一气孔211b与气源连通，气源的气体可以通过第一气孔211b进入到内腔中，并作用于磁性件202′的第一侧上，最终磁性件202′在气体的推动下能够移动至第二位置，此过程中，磁性件202′的移动会推动内腔中位于磁性件202′的第二侧的气体从第二气孔213b中排出。

同理，可以将第二气孔213b与气源连通，气源的气体可以通过第二气孔213b进入到内腔中，并作用于磁性件202′的第二侧上，最终磁性件202′在气体的推动下能够移动至第一位置，此过程中，磁性件202′的移动能够推动内腔中位于磁性件202′的第一侧的气体从第一气孔211b中排出。

上述方案通过改变支架201′的结构，通过气体驱动磁性件202′在第一位置与第二位置之间切换。由于半导体腔室配置有较多的气源，因此上述驱动结构更容易充分利用半导体腔室已有的气源结构进行驱动，有利于提高半导体腔室已有构件的利用率，同时对半导体腔室的结构改进较小，具有较强的实用性。

为了方便单独控制，同时实现更为精细化的磁场控制，一种可选的方案中，内腔可以为多个，多个磁性件202′可以一一对应地设于多个内腔中。

在气体驱动磁性件202′移动的情况下，内腔的密封性越好越有利于气体进行高效地驱动，基于此，一种可选的方案中，磁场调节机构200还可以包括第一密封圈230，如图8所示，第一密封圈230套设在磁性件202′上，且第一密封圈230密封设置在磁性件202′与内腔的内壁之间。此种结构有利于磁性件202′相背的两侧空间的隔离，从而避免相互之间窜气而影响对磁性件202′的驱动。

在另一种可选的方案中，隔磁件212′的第一端面与第一凹槽211a的槽口所在的表面之间可以设有第二密封圈240，如图8所示，和/或，隔磁件212′的第二端面与第二凹槽213a的槽口所在的表面之间可以设有第三密封圈250，如图8所示。第二密封圈240和第三密封圈250都能提高对接面之间的密封性，进而有利于提高内腔与外部环境之间的隔离效果，避免在气体驱动的过程中通过对接面之间的装配缝隙窜出，这同样有利于提高对磁性件202′的驱动效果。

在进一步的技术方案中，在磁性件202′处于第一位置的情况下，磁性件202′与第一凹槽211a的底壁限位接触。此种结构能够使得在对磁性件202′驱动的过程中，第一凹槽211a的底壁能够对磁性件202′发挥限位作用，避免磁性件202′过度移动。也就是说，在此种情况下，第一凹槽211a不但能发挥限位作用，而且还能够起到围成内腔的部分结构的作用。

同理，在磁性件202′处于第二位置的情况下，磁性件202′与第二凹槽213a的底壁限位接触。此种结构能够使得在对磁性件202′驱动的过程中，第二凹槽213a的底壁能够对磁性件202′发挥限位作用，避免磁性件202′过度移动。也就是说，在此种情况下，第二凹槽213a不但能发挥限位作用，而且还能够起到围成内腔的部分结构的作用。

当然，在本申请实施例中，支架也不是必须设有内腔，请再次参考图5所示，图5示意的半导体腔室中，磁性件202与支架201可移动配合，磁性件202的至少部分设于支架201之外。

基于上述的半导体腔室，本申请还提出了一种半导体设备，包括上述的半导体腔室。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。