一種用于濺射系統(tǒng)上提高薄膜均勻性的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種用于濺射系統(tǒng)上提高薄膜均勻性的裝置，該裝置包括以下部分：真空腔室；靶材，位于所述真空腔室內上部的中央位置；晶圓載臺，位于所述真空腔室內底部的中央位置；進氣圓環(huán)，位于所述真空腔室內中部的中央位置，并于反應氣體管路相連；反應氣體管路，與進氣圓環(huán)相連，用于通過進氣圓環(huán)來向真空腔室內輸入反應氣體。相應地，本實用新型還提供了一種用于濺射系統(tǒng)上提高薄膜均勻性的方法。通過采用本實用新型所提供的裝置，使反應氣體從進氣圓環(huán)內壁均勻流出，使得真空腔室的反應氣體密度達到均勻分布效果，從而有效提高半導體薄膜的均勻性。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及MEMS【技術領域】，尤其涉及用于濺射系統(tǒng)上提高薄膜均勻性的裝 置。 一種用于濺射系統(tǒng)上提高薄膜均勻性的裝置

【背景技術】
[0002] MEMS(微機電系統(tǒng)）是一種先進的制造技術平臺。它是以半導體制造技術為基礎 發(fā)展起來的。MEMS技術采用了半導體技術中的光刻、腐蝕、薄膜等一系列的現有技術和材 料。使用先進的MEMS微加工技術可以制造出性能優(yōu)越的紅外傳感器。當今，紅外傳感器 的應用越來越廣泛，例如在醫(yī)學上進行非接觸式快速測量體溫方面，這在需要對大范圍人 群測溫方面有著重要意義；此外它還應用于科學研究和軍事上，比如紅外線光譜儀、導彈導 向、熱成像、激光偵測等用途。在民用商業(yè)方面，紅外傳感器也被廣泛應用于遙控器、防盜器 等常見民用設備上。
[0003] 在MEMS紅外傳感器中，VOX薄膜的制備工藝是非制冷紅外傳感器的關鍵工序，濺 射是制備薄膜材料的主要技術之一，它利用離子源產生的離子，在真空中經過加速聚集，而 形成高速度能的離子束流，轟擊固體表面，離子和固體表面原子發(fā)生動能交換，使固體表面 的原子離開固體并沉積在基底表面。
[0004] VOX薄膜的阻值均勻性是影響非制冷紅外傳感器成像效果等一系列的問題重要指 標，傳統(tǒng)的VOx薄膜的制備工藝是使用Varian公司的M2000/8型號的磁控濺射系統(tǒng)生長 VOx薄膜，此建設系統(tǒng)包括：真空腔室、濺射系統(tǒng)以及分別與真空腔室相連的抽氣系統(tǒng)、晶 圓傳遞系統(tǒng)、氣體控制系統(tǒng)。其中氣體控制系統(tǒng)中的關鍵過程是嚴格控制反應氣體在真空 腔室的含量，但不能使工藝需求的空間內反應氣體的密度達到相對均勻的效果，因而生長 的半導體化合物薄膜均勻性差。
[0005] 因此，希望提出一種能在真空腔室內有效分配反應氣體的薄膜制造方法，使VOx 薄膜的阻值能夠具有較好均勻性。 實用新型內容
[0006] 本實用新型提供了一種用于濺射系統(tǒng)上提高半導體薄膜均勻性的裝置及相應的 方法。
[0007] 根據本實用新型的一個方面，提供了一種用于濺射系統(tǒng)上提高半導體薄膜均勻性 的裝置，該裝置包括以下部分：
[0008] 真空腔室；
[0009] 靶材，位于所述真空腔室內上部的中央位置；
[0010] 晶圓載臺，位于所述真空腔室內底部的中央位置；
[0011] 進氣圓環(huán)，位于所述真空腔室內中部的中央位置，并于反應氣體管路相連；
[0012] 反應氣體管路，與進氣圓環(huán)相連，用于通過進氣圓環(huán)來向真空腔室內輸入反應氣 體。
[0013] 與現有技術相比，采用本實用新型提供的技術方案具有如下優(yōu)點：通過采用本實 用新型所提供的裝置，使反應氣體從進氣圓環(huán)內壁均勻流出，使得真空腔室的反應氣體密 度達到均勻分布效果，從而有效提高半導體薄膜的均勻性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的 其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯。
[0015] 圖1為根據本實用新型的實施例的一種用于濺射系統(tǒng)上提高半導體薄膜均勻性 的裝置。

【具體實施方式】
[0016] 下面詳細描述本實用新型的實施例。
[0017] 所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類 似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅 用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。下文的公開提供了許多不同的 實施例或例子用來實現本實用新型的不同結構。為了簡化本實用新型的公開，下文中對特 定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實用新型。 此外，本實用新型可以在不同例子中重復參考數字和/或字母。這種重復是為了簡化和清 楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此外，本實用新型提供 了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應 用于性和/或其他材料的使用。
[0018] 根據本實用新型的一個方面，提供了一種用于濺射系統(tǒng)上提高半導體薄膜均勻性 的裝置。下面，將結合圖1通過本實用新型的一個實施例對所述裝置進行具體描述。如圖 1所示，本實用新型所提供用于濺射系統(tǒng)上提高半導體薄膜均勻性的裝置包括以下部分：
[0019] 真空腔室1，所述真空腔室要保證一定的氣密性和一定的容積，具體的氣密性指標 和容積大小可根據不同的設備需要而進行調整。
[0020] 所述真空腔室1與載氣氣體管路相連，用于為真空腔室提供載氣。所述載氣氣體 管路上均設置有流量計，用于監(jiān)測輸入到真空腔室內的載氣氣體的流量。
[0021] 靶材2,位于所述真空腔室1內上部的中央位置。本領域的技術人員可根據不同的 需要，自行設計靶材的形狀，例如長靶，方靶，圓靶，異型靶。還可選擇不同材料的靶材，如金 屬靶材、合金靶材、陶瓷化合物靶材等。在本實用新型的實施例中，所選用的金屬釩靶材，是 為了制備非制冷紅外傳感器的VOx薄膜。
[0022] 所述靶材與濺射電源相連，用于在執(zhí)行薄膜建設工藝時由濺射電源提供相應的電 壓。
[0023] 晶圓載臺3,位于所述真空腔室1內底部的中央位置。所述晶圓載臺的角度本領域 技術人員可根據不同的濺射需要和實驗結果來自行調整。但要保證晶圓在載臺上位置的固 定，不能和載臺發(fā)生相對的位移，尤其是當晶圓載臺在做特定的運動時。所述晶圓載臺3接 地。
[0024] 此外，所述靶材2和晶圓載臺3之間的距離本領域技術人員也可根據不同的濺射 需要和實驗結果來自行調整。具體的實現方法可通過在固定大小的真空腔室設置活動的靶 材或晶圓載臺，或者直接通過調整真空腔室的大小來調整。
[0025] 進氣圓環(huán)4,位于所述真空腔室1內中部的中央位置，并于反應氣體管路5相連。 所述反應氣體由氣體管路5與進氣圓環(huán)相連，用于通過進氣圓環(huán)來向真空腔室1內輸入反 應氣體。優(yōu)選的，所述反應氣體管路5上安裝有電信號控制開關的閥門6,用于自動控制輸 入反應氣體的通斷和控制輸入反應氣體的流量。同時，所述反應氣體管路上設置有流量計， 用來檢測輸入到真空腔室1內的反應氣體的流量，并將結果反饋給控制系統(tǒng)或顯示器，又 人工或者自動控制系統(tǒng)通過閥門6來控制反應氣體管路的通斷。通過此設計可以實現反應 氣體流量的自動控制，從而保證反應氣體流量的大小保持在最適合濺射的值上。
[0026] 所述進氣圓環(huán)4為雙進氣口圓環(huán)，同時進氣圓環(huán)內壁均勻設置有一定數量內徑一 致的出氣孔，通過這種設計可以使流出的反應氣體密度均勻分布在真空腔室1內的工藝需 求空間。根據真空腔室體積的不同，以及晶圓載臺3位置的不同，本領域技術人員可根據自 身需要設計出氣孔的內徑以及出氣孔在進氣圓環(huán)內壁的具體位置。
[0027] 根據本實用新型的裝置如下進行操作：
[0028] a)在真空腔室1內通入一定量的載氣。
[0029] 具體的，在濺射工藝開始之前，首先將真空腔室1抽真空，然后通過載氣氣體管路 在真空腔室1內通入一定量的載氣，如Ar氣或He氣。
[0030] b)經過進氣圓環(huán)4向真空腔室內通入一定量的反應氣體。
[0031] 具體的，氣體控制系統(tǒng)或人工打開反應氣體管路閥門6,使反應氣體經過進氣口圓 環(huán)，由進氣圓環(huán)內壁設置的出氣孔進入真空腔室1。在本實用新型中為了生成所需要的V0 薄膜，因此所采用的反應氣體是氧氣，在其它實施例中，本領域技術人員可根據需要選擇其 他反應氣體如氮氣等。
[0032] c)在靶材2和晶圓載臺3之間加電壓。
[0033] 具體的，在靶材2和晶圓載臺3之間加電壓，此電壓會產生氣體輝光放電，這種帶 電離子在電場加速下轟擊靶材2,使靶材的金屬離子加速沉積在晶圓載臺3的晶圓上。靶材 2和晶圓載臺3之間所加電壓的大小本領域技術人員可根據實際情況選擇合適的電壓值。 在此加壓期間反應氣體會在等離子體轟擊下均勻的和金屬離子反應，在晶圓上形成所需的 金屬化和物薄膜。用此種方法所形成的金屬化和物薄膜的阻值均勻性和反應氣體的密度在 真空腔室的均勻分布有直接關系。
[0034] 可選的，在靶材2和晶圓載臺3之間加電壓之前，需要對放置在晶圓載臺上的晶圓 的表面制作掩膜，然后進行濺射薄膜工藝，即可形成圖形化的薄膜。
[0035] 采用傳統(tǒng)工藝使用Varian公司的M2000/8型號的真空濺射系統(tǒng)濺射薄膜時，設定 工藝參數為：濺射功率DC = 900W、載氣Ar = 70sccm、濺射100(^、1001^\^，此時濺射出 的V〇x薄膜阻值均勻性為10%。
[0036] 而采用本實用新型所述的裝置，同樣設定工藝參數為：濺射功率DC = 900W、載氣 Ar = 70sccm、濺射1000A、100K Ω VOx，此時濺射出的VOx薄膜阻值均勻性為3%。由此對比 實驗可以看出，使用本實用新型的方法形成的VOx薄膜，VOx薄膜的阻值均勻性約2倍多的 提升，從而使得非制冷紅外傳感器的成像效果也得到有效的提高。
[0037] 與現有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：通過采用本實用新型所提供的裝置， 使反應氣體從進氣圓環(huán)內壁均勻流出，使得真空腔室的反應氣體密度達到均勻分布效果， 從而有效提高半導體薄膜的均勻性。
[0038] 雖然關于示例實施例及其優(yōu)點已經詳細說明，應當理解在不脫離本實用新型的精 神和所附權利要求限定的保護范圍的情況下，可以對這些實施例進行各種變化、替換和修 改。對于其他例子，本領域的普通技術人員應當容易理解在保持本實用新型保護范圍內的 同時，工藝步驟的次序可以變化。
[〇〇39] 此外，本實用新型的應用范圍不局限于說明書中描述的特定實施例的工藝、機構、 制造、物質組成、手段、方法及步驟。從本實用新型的公開內容，作為本領域的普通技術人員 將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機構、制造、物質組成、手段、 方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本實用新型描述的對應實施例大體相同的功能或者獲得大體 相同的結果，依照本實用新型可以對它們進行應用。因此，本實用新型所附權利要求旨在將 這些工藝、機構、制造、物質組成、手段、方法或步驟包含在其保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種用于濺射系統(tǒng)上提高薄膜均勻性的裝置，該裝置包括以下部分： 真空腔室（1); 靶材（2)，位于所述真空腔室（1)內上部的中央位置； 晶圓載臺（3)，位于所述真空腔室（1)內底部的中央位置； 進氣圓環(huán)（4)，位于所述真空腔室（1)內中部的中央位置，并與反應氣體管路（5)相 連； 反應氣體管路（5)，與進氣圓環(huán)相連，用于通過進氣圓環(huán)來向真空腔室（1)內輸入反應 氣體。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述進氣圓環(huán)（4)為雙進氣口圓環(huán)。
3. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述進氣圓環(huán)內壁均勻設置有一定數量內徑一 致的出氣孔。
4. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述反應氣體管路（5)上安裝有電信號控制開關 的閥門（6)。
5. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述真空腔室（1)與載氣氣體管路相連。
6. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述靶材（2)與濺射電源相連，所述晶圓載臺 ⑶接地。
7. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述反應氣體管路（5)和載氣氣體管路上均設置 有流量計。
【文檔編號】C23C14/34GK203878204SQ201420268937
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權日:2014年5月23日
【發(fā)明者】孫志國, 雷述宇 申請人:北方廣微科技有限公司