提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置及镀膜方法与流程

专利2026-05-02  2


本申请涉及晶圆镀膜,尤其是一种提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置及镀膜方法。


背景技术:

1、台阶覆盖率是衡量薄膜在跨越晶圆表面台阶或凹凸不平处时厚度损失的一个指标,通常表现为跨台阶处的膜层厚度与平坦处膜层厚度的比值;这个比值越接近1,表明薄膜在台阶处的覆盖能力越好,即薄膜能够更均匀地覆盖包括台阶在内的整个表面。

2、如图1所示,台阶覆盖率定义为——微孔内侧壁或底部的膜厚与顶部平面处的膜厚的比值。具体地,b处膜厚与a处膜厚的比值表示底部台阶覆盖率,c处膜厚与a处膜厚的比值表示上侧壁台阶覆盖率,d处膜厚与a处膜厚的比值表示中侧壁台阶覆盖率,e处膜厚与a处膜厚的比值表示下侧壁台阶覆盖率。

3、在实际的半导体制造过程中,良好的台阶覆盖率对于确保器件性能和可靠性至关重要。

4、现有技术中,带微孔的晶圆在镀膜后实现的台阶覆盖率非常低,往往呈现为图2所示的状态。即使是采用的长程定向溅射腔体,其侧壁覆盖也往往明显低于底部,总体台阶覆盖率一般不超过15%。


技术实现思路

1、本申请的目的是在于克服现有技术中存在的不足,提供一种提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置及镀膜方法。

2、为实现以上技术目的,本申请提供了一种提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置,包括:工作腔,用于为晶圆镀膜提供空间;载台,设于工作腔内,用于承接晶圆;第一靶材,设于工作腔内、并悬于载台正上方;第二靶材和第三靶材,设于工作腔内、并处于载台和第一靶材之间;其中,第二靶材和第三靶材均设置呈圆弧状、且二者对称设置;载台承接晶圆后,第二靶材的中心与晶圆的中心的连线与晶圆的表面呈锐角设置,第三靶材的中心与晶圆的中心的连线与晶圆的表面亦呈锐角设置;晶圆的表面具有微孔;镀膜过程中,第一靶材溅射出的金属原子能够沉积到微孔的底部,第二靶材和第三靶材溅射出的金属原子能够沉积到微孔的侧壁上。

3、进一步地,载台用于承接晶圆的表面设置呈波浪状;镀膜过程中,波浪结构使得载台表面的电势分布不均,带电荷的金属原子在靠近载台后能够变向运动。

4、进一步地,载台的中心部位向下凹陷、形成容纳槽,容纳槽用于容置晶圆。

5、进一步地,载台承接晶圆后,第二靶材的中心与晶圆的中心的连线和晶圆的表面呈45°夹角,第三靶材的中心与晶圆的中心的连线和晶圆的表面亦呈45°夹角;和/或,载台承接晶圆后,第二靶材的中心与晶圆的垂直距离为200mm,第三靶材的中心与晶圆的垂直距离亦为200mm。

6、进一步地,提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置还包括偏转调节机构,偏转调节机构用于调整第二靶材和第三靶材中心和晶圆中心的相对位置。

7、进一步地,提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置还包括倾斜变向机构,倾斜变向机构用于改变载台上晶圆的放置状态,使得晶圆从水平状态变换为面向第二靶材或者第三靶材的倾斜状态。

8、进一步地,倾斜变向机构包括两组变向驱动组件,两组变向驱动组件相对设置在载台下方;变向驱动组件包括顶升驱动件和顶杆,顶升驱动件用于驱使顶杆沿竖直方向运动;载台上设有穿孔,顶杆能够穿过穿孔、顶起晶圆的一侧;其中一组变向驱动组件顶起晶圆的一侧时,晶圆朝向第二靶材倾斜;其中另一组变向驱动组件顶起晶圆的另一侧时,晶圆朝向第三靶材倾斜。

9、进一步地,载台包括底座和活动面板,活动面板设于底座上、用于承接晶圆;穿孔贯穿底座,顶杆通过穿孔与活动面板相连;两组变向驱动组件的顶杆沿晶圆的直径方向相对设置,顶杆的顶端设有挂环;活动面板的下表面设有两组扣环,两组扣环亦沿直径方向相对设置,任一挂环与一个扣环相扣;顶升变向时,顶杆在顶升驱动件的驱使下顶起活动面板、使得活动面板及其上的晶圆向一侧倾斜,挂环和扣环既能够限定活动面板的运动方向、并方便活动面板复位,又能够通过相对运动补偿运动差。

10、本申请还提供了一种镀膜方法,能够采用上述镀膜装置实现,镀膜方法包括以下步骤:载台承接晶圆;第一靶材输入射频功率3000w,第二靶材和第三靶材输入射频功率1000w;通入流量为40sccm的氩气,腔体压力3.0mtorr;溅射300s,在晶圆表面沉积得到钛薄膜。

11、进一步地,镀膜方法还包括以下步骤:通过倾斜变向机构使得载台上的晶圆朝向第二靶材倾斜;第一靶材维持射频功率3000w,第二靶材维持射频功率1000w,第三靶材断电;通入流量为40sccm的氩气,腔体压力3.0mtorr;溅射150s;通过倾斜变向机构使得载台上的晶圆朝向第三靶材倾斜;第二靶材断电,第一靶材维持射频功率3000w,第三靶材输入射频功率1000w;继续溅射150s;完成镀膜。

12、本申请提供了一种提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置及镀膜方法,镀膜装置包括工作腔、载台、第一靶材、第二靶材和第三靶材,第一靶材悬于载台正上方,第二靶材和第三靶材处于载台和第一靶材之间;第一靶材溅射出的金属原子能够很好地覆盖晶圆的平面部位和微孔的底部,第二靶材和第三靶材溅射出的金属原子沿斜线朝向载台运动,在靠近载台时、受到载台吸引力的影响,金属原子会沿抛物线向下运动,增加了金属原子入射角度的多样性,有利于金属原子覆盖微孔的侧壁;由于第二靶材和第三靶材为弧形结构、且呈包围晶圆的形式布置,因此,第二靶材和第三靶材溅射出的金属原子能够可靠地全面覆盖微孔的侧壁,从而保证保晶圆镀膜的台阶覆盖率。



技术特征:

1.一种提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置,其特征在于,所述载台(210)用于承接晶圆的表面设置呈波浪状;

3.根据权利要求1或2所述的提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置,其特征在于,所述载台(210)的中心部位向下凹陷、形成容纳槽,所述容纳槽用于容置晶圆。

4.根据权利要求1所述的提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置,其特征在于,所述载台(210)承接晶圆后,所述第二靶材(222)的中心与所述晶圆的中心的连线和所述晶圆的表面呈45°夹角,所述第三靶材(223)的中心与所述晶圆的中心的连线和所述晶圆的表面亦呈45°夹角;

5.根据权利要求1所述的提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置,其特征在于,还包括偏转调节机构(300),所述偏转调节机构(300)用于调整所述第二靶材(222)和所述第三靶材(223)中心和晶圆中心的相对位置。

6.根据权利要求1所述的提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置,其特征在于,还包括倾斜变向机构(400),所述倾斜变向机构(400)用于改变所述载台(210)上晶圆的放置状态,使得所述晶圆从水平状态变换为面向所述第二靶材(222)或者所述第三靶材(223)的倾斜状态。

7.根据权利要求6所述的提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置,其特征在于,所述倾斜变向机构(400)包括两组变向驱动组件,两组所述变向驱动组件相对设置在所述载台(210)下方;

8.根据权利要求7所述的提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置,其特征在于,所述载台(210)包括底座(211)和活动面板(212),所述活动面板(212)设于所述底座(211)上、用于承接晶圆;

9.一种镀膜方法,其特征在于,能够采用权利要求1-8任一项所述镀膜装置实现,所述镀膜方法包括以下步骤:

10.根据权利要求9所述的镀膜方法,其特征在于,还包括以下步骤:


技术总结
本申请公开了一种提高台阶覆盖率的晶圆镀膜装置及镀膜方法,镀膜装置包括工作腔、载台、第一靶材、第二靶材和第三靶材,第一靶材悬于载台正上方,第二靶材和第三靶材处于载台和第一靶材之间;第一靶材溅射出的金属原子能够很好地覆盖晶圆的平面部位和微孔的底部,第二靶材和第三靶材溅射出的金属原子沿斜线朝向载台运动,在靠近载台时、受到载台吸引力的影响,金属原子会沿抛物线向下运动,增加了金属原子入射角度的多样性,有利于金属原子覆盖微孔的侧壁;由于第二靶材和第三靶材为弧形结构、且呈包围晶圆的形式布置,因此,第二靶材和第三靶材溅射出的金属原子能够可靠地全面覆盖微孔的侧壁,从而保证保晶圆镀膜的台阶覆盖率。

技术研发人员:张陈斌,张超,姜颖,沈健,宋永辉,王世宽
受保护的技术使用者:无锡尚积半导体科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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