沉积设备的制作方法

1.本实用新型涉及等离子体加工技术领域，尤其是涉及一种沉积设备。


背景技术：

2.在等离子体处理装置中，射频电源向反应腔室供电以产生等离子体。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和置于腔室内并曝露在等离子体环境下的待加工晶圆或待处理工件相互作用，使其表面发生等离子体反应，使得晶圆或工件表面性能发生变化，从而完成等离子体刻蚀或者其他工艺过程。
3.现有的高密度等离子体(hdp)沉积技术中，通过反应腔室顶部线圈和侧壁线圈共同形成的电感耦合等离子体(icp)所需电场和磁场，但是还是存在反应腔室中心区域和边缘区域电场和磁场以及等离子体分布不均匀的现象，在偏压的作用下，会导致晶圆的中心区域和边缘区域的溅射能力不同，边缘区域的溅射能力相对于中心区域的溅射能力较弱，影响晶圆表面膜层的形貌质量。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种沉积设备，通过磁场调节装置调节在反应腔室内的电场和磁场分布均匀性，可以提高等离子体分布的均匀性，降低反应腔室内边缘区域与中心区域的等离子体密度差异，有利于提高工艺均匀性。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种沉积设备，所述沉积设备包括：
7.反应腔室，所述反应腔室具有顶部以及环绕在所述顶部四周的侧壁；
8.设置在所述反应腔室内的载物平台，所述载物平台用于放置待处理组件；
9.设置在所述反应腔室外侧的线圈组件，所述线圈组件用于产生磁场，所述磁场用于控制所述反应腔室内的等离子体，以在所述待处理组件表面进行沉积和溅射；
10.设置在所述反应腔室外侧的磁场调节装置，所述磁场调节装置用于调节所述反应腔室内磁场的分布，提高所述反应腔室内电场和磁场的均匀性。
11.优选的，在上述的沉积设备中，所述线圈组件包括：环绕所述侧壁的侧壁线圈以及设置在所述顶部的顶部线圈；
12.所述磁场调节装置包括：至少一个磁场调节子装置，所述磁场调节子装置具有位于同一圆形上的多个磁性元件，所述圆形环绕所述侧壁。
13.优选的，在上述的沉积设备中，同一所述磁场调节子装置的多个磁性元件的磁场调节能力相同，且均匀分布在所述侧壁的四周。
14.优选的，在上述的沉积设备中，所述磁性元件直接固定在所述侧壁的外侧。
15.优选的，在上述的沉积设备中，所述磁场调节子装置包括环形支架，所述磁性元件固定在所述环形支架上，所述磁性元件通过所述环形支架安装在所述侧壁的外侧。
16.优选的，在上述的沉积设备中，所述环形支架可移动的安装在所述侧壁的外侧。
17.优选的，在上述的沉积设备中，具有多个所述磁场调节子装置；所述磁场调节子装置均匀分布在所述侧壁的外侧；
18.具有第一磁场调节子装置和第二磁场调节子装置，所述第一磁场调节子装置相对于所述第二磁场调节子装置靠近所述侧壁的中间区域；所述第一磁场调节子装置的磁场调节能力大于所述第二磁场调节子装置的磁场调节能力。
19.优选的，在上述的沉积设备中，所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件的数量大于所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件的数量；所有所述磁性元件的磁场强度相同；
20.或，所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件的数量等于所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件的数量；所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件的磁场调节能力相同；所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件的磁场调节能力相同；所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件的磁场调节能力大于所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件的磁场调节能力。
21.优选的，在上述的沉积设备中，具有多个所述磁场调节子装置；所述磁场调节子装置的磁场调节能力相同；
22.在所述侧壁的中间区域指向所述顶部的方向以及在所述侧壁的中间区域指向所述载物平台的方向上，所述磁场调节子装置的分布密度均逐渐降低。
23.优选的，在上述的沉积设备中，不同所述磁场调节子装置中所述磁性元件的数量相同；所有所述磁性元件的磁场调节能力相同。
24.通过上述描述可知，本技术技术方案提供的沉积设备中，通过在反应腔室外侧设置磁场调节装置，通过该磁场调节装置调节在反应腔室内的电场和磁场分布，提高反应腔室内电场和磁场的均匀性，并改善等离子体分布的均匀性，降低反应腔室内边缘区域与中心区域的等离子体密度差异，以使得晶圆中间区域和边缘区域得到同等条件的沉积和溅射，从而解决晶圆边缘间隙填充能力薄弱的问题。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
26.图1为一种沉积设备的结构示意图；
27.图2为一种晶圆的俯视图；
28.图3为图2所示晶圆在aa’方向上的切面图；
29.图4为一种反应腔室内的电场和磁场的分布示意图；
30.图5为本实用新型实施例提供的一种沉积设备的结构示意图；
31.图6为本实用新型实施例提供的一种磁场调节装置的俯视图；
32.图7为本实用新型实施例提供的一种晶圆在边缘区域的切面图；
33.图8为本实用新型实施例提供的一种反应腔室内的电场和磁场的分布示意图。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
35.随着3d nand(三维闪存)技术的发展，no堆叠高度在不断增加，在3dnand制作过程中，对后续厚氧化硅绝缘介质膜填充提出了更高的要求。
36.现有的高密度等离子体沉积技术中，由于在晶圆边缘区域的溅射能力较弱，导致对晶圆中沟槽填充能力较差，只适用于沟槽深度小于3μm的填充，对于深度较大的沟槽，如深度大于9μm的沟槽，会产生填充空洞，从而严重影响后续接触孔(ct)制备。
37.在大尺寸的深沟槽的绝缘介质填充应用中，实现晶圆中心区域和边缘区域深孔的均匀填充至关重要。基于hdp自带的溅射功能，提升沉积和溅射均匀性成为其中的关键点。但是，现有的高密度等离子体沉积存在溅射均匀性较差，晶圆的溅射能力较差，导致填充能力差的问题。
38.如背景技术中所述，虽然通过反应腔室顶部线圈和侧壁线圈共同形成的电感耦合等离子体所需电场和磁场，但是还是存在反应腔室中心区域和边缘区域电场和磁场以及等离子体分布不均匀的现象，在偏压的作用下，会导致晶圆的中心区域和边缘区域的溅射能力不同，边缘区域的溅射能力相对于中心区域的溅射能力较弱，影响晶圆表面膜层的形貌质量。
39.参考图1，图1为一种沉积设备的结构示意图。该沉积设备包括反应腔室10，该反应腔室10具有顶部以及环绕在所述顶部四周的侧壁；设置在反应腔室10内的载物平台11，所述载物平台用于放置待处理组件，该待处理组件可以为晶圆；设置在反应腔室10外侧的线圈组件，该线圈组件包括顶部线圈12和侧壁线圈13，可用于产生磁场，磁场可用于控制反应腔室10内的等离子体，以在待处理组件表面进行沉积和溅射。
40.该反式中，高密度等离子体沉积技术中，通过反应腔室10顶部线圈12和侧壁线圈13共同形成的电感耦合等离子体电场和磁场，但是还是存在反应腔室10中心区域和边缘区域电场和磁场以及等离子体分布不均匀的现象，在偏压的作用下，会导致晶圆的中心区域和边缘区域的溅射能力不同，深孔填充时导致开口能力不同，并且晶圆的边缘区域在沉积时存在提前封口的现象，进而在化学机械研磨(cmp)后容易产生裂纹。
41.如图2和图3所示，图2为一种晶圆的俯视图，图3为图2所示晶圆在aa’方向上的切面图。图示中，晶圆半径为95mm，在晶圆外围95mm-150mm的区域极易产生裂纹，如图3中圆圈位置表示晶圆外围区域的切面图，圆圈位置为尖角的形状，在化学机械研磨后极易产生裂纹。
42.如图4所示，图4为一种反应腔室内电场和磁场的分布示意图。图示中椭圆表示磁场分布，箭头表示电场分布，由图可知，磁场和电场存在分布不均匀现象，由于反应室内磁场和电场存在分布不均匀，从而导致晶圆的边缘区域内沟槽内填充效果差，导致出现如图3中虚线椭圆所示，对应晶圆沟槽底部的位置，填充材料的平台宽度较小，在化学机械研磨后极易产生裂纹。
43.有鉴于此，本方案提供了一种沉积设备，所述沉积设备包括：
44.反应腔室，所述反应腔室具有顶部以及环绕在所述顶部四周的侧壁；
45.设置在所述反应腔室内的载物平台，所述载物平台用于放置待处理组件；
46.设置在所述反应腔室外侧的线圈组件，所述线圈组件用于产生磁场，所述磁场用于控制所述反应腔室内的等离子体，以在所述待处理组件表面进行沉积和溅射；
47.设置在所述反应腔室外侧的磁场调节装置，所述磁场调节装置用于调节所述反应腔室内磁场的分布，提高所述反应腔室内磁场的均匀性。
48.通过上述描述可知，本技术技术方案提供的沉积设备中，通过在反应腔室外侧设置磁场调节装置，通过该磁场调节装置调节在反应腔室内的电场和磁场分布，提高反应腔室内电场和磁场的均匀性，并改善等离子体分布的均匀性，降低反应腔室内边缘区域与中心区域的等离子体密度差异，以使得晶圆中间区域和边缘区域得到同等条件的沉积和溅射，从而解决晶圆边缘间隙填充能力薄弱的问题。
49.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
50.参考图5和图6，图5为本实用新型实施例提供的一种沉积设备的结构示意图，图6为本实用新型实施例提供的一种磁场调节装置的俯视图。
51.如图5和图6所示，所述沉积设备包括：
52.反应腔室20，所述反应腔室20具有顶部以及环绕在所述顶部四周的侧壁；
53.设置在所述反应腔室20内的载物平台21，所述载物平台21用于放置待处理组件；所述待处理组件可以为晶圆。
54.设置在所述反应腔室20外侧的线圈组件22，所述线圈组件22用于产生磁场，所述磁场用于控制所述反应腔室20内的等离子体，以在所述待处理组件表面进行沉积和溅射；
55.设置在所述反应腔室20外侧的磁场调节装置23，所述磁场调节装置23用于调节所述反应腔室20内电场和磁场的分布，提高所述反应腔室20内磁场的均匀性。
56.其中，所述线圈组件22包括：环绕所述侧壁的侧壁线圈221以及设置在所述顶部的顶部线圈222。其中，所述顶部线圈222所在的平面和所述载物平台21所在的平面平行。
57.此外，所述线圈组件22还包括与侧壁线圈221和顶部线圈222一一对应电连接的直流电源，该直流电源可用于向侧壁线圈221和顶部线圈222提供电流，以在反应腔室20的相应区域形成磁场，并且可以通过改变每个线圈内的电流大小和方向来改变磁场的分布。
58.本技术方案中，可以通过磁场调节装置23调节在反应腔室20内的电场和磁场分布，提高反应腔室20内电场和磁场的均匀性，改善反应腔室20内等离子体分布的均匀性，降低反应腔室20内边缘区域与中心区域的等离子体密度差异，以使得晶圆的中间区域和边缘区域可以得到同等条件的沉积和溅射，提高晶圆深孔填充的均匀性，从而解决晶圆边缘间隙填充能力薄弱的问题。
59.本实用新型实施例中，所述磁场调节装置23包括：至少一个磁场调节子装置，所述磁场调节子装置具有位于同一圆形上的多个磁性元件231，所述圆形环绕所述侧壁。
60.其中，同一所述磁场调节子装置的多个磁性元件231的磁场调节能力相同，且均匀分布在所述侧壁的四周。
61.一种方式中，所述磁性元件231可以直接固定在所述侧壁的外侧。
62.另一种方式中，所述磁场调节子装置包括环形支架，所述磁性元件231固定在所述
环形支架上，所述磁性元件231通过所述环形支架安装在所述侧壁的外侧。其中，所述环形支架可移动的安装在所述侧壁的外侧。
63.本技术实施例中，可以通过改变磁场调节子装置的数量、位置以及磁场调节子装置中磁性元件231的数量和磁场调节能力来调节反应腔室20内的磁场分布，提高反应腔室20内磁场的均匀性，可以进一步灵活地控制等离子体在反应腔室20内的分布。
64.一种方式中，当所述磁场调节装置23具有多个所述磁场调节子装置时，所有所述磁场调节子装置均匀分布在所述侧壁的外侧。
65.例如，所述磁场调节装置23具有第一磁场调节子装置和第二磁场调节子装置，所述第一磁场调节子装置相对于所述第二磁场调节子装置靠近所述侧壁的中间区域；所述第一磁场调节子装置的磁场调节能力大于所述第二磁场调节子装置的磁场调节能力。
66.其中，所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件231的数量大于所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件231的数量；所有所述磁性元件231的磁场强度相同；
67.或，所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件231的数量等于所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件231的数量；所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件231的磁场调节能力相同；所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件231的磁场调节能力相同；所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件231的磁场调节能力大于所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件231的磁场调节能力。
68.另一种方式中，所述磁场调节装置23具有多个所述磁场调节子装置，所有所述磁场调节子装置的磁场调节能力均相同。
69.例如，在所述侧壁的中间区域指向所述顶部的方向以及在所述侧壁的中间区域指向所述载物平台21的方向上，所述磁场调节子装置的分布密度均逐渐降低。
70.其中，不同所述磁场调节子装置中所述磁性元件231的数量相同；所有所述磁性元件的磁场调节能力相同。
71.上述方式只是本技术提供沉积设备的一种实施例，在实际应用中，也可以采用其他任意方式，在此不一一举例。
72.需要说明的是，所述磁性元件231可以为电磁铁或是永磁铁，优选为永磁铁，因为永磁铁在工艺过程中不容易发热，这使得不需要对永磁铁进行冷却处理，因而可以降低工艺成本，提高经济效益。
73.此外，沉积设备还可以包括环绕在磁场调节装置外围的保护罩，保护罩可以采用抗磁材料制成，用于屏蔽由磁场调节装置产生的磁场对外界的干扰，因而可以避免磁场对外界的其他部件产生不必要的影响甚至损坏，从而可以提高工艺的稳定性。
74.如图7所示，图7为本实用新型实施例中提供的一种晶圆在边缘区域的切面图，虚线圆圈位置表示晶圆边缘区域一个沟槽的填充效果，基于图7可知，在对沟槽的底部位置，填充后的平台宽度较大，因此，避免了在化学机械研磨产生裂纹的问题。相较于图3可知，通过本技术提供的沉积设备可以在晶圆表面进行均匀的沉积和溅射，可以解决晶圆边缘区域填充能力薄弱问题。
75.如图8所示，图8为本实用新型实施例提供的一种反应腔室内电场和磁场的分布示意图，在高密度等离子体沉积和溅射工艺中，在圆筒状反应腔室20中间外围加n组磁场调节装置23，对反应腔室20中间的电场和磁场进行吸引和约束，通过磁场力拉动腔室体区中的
电场和磁场，扩张边缘区域电场和磁场的分布，使得电场和磁场在反应腔室20中均匀分布，以使得等离子体、磁场和电场在晶圆上表面均匀分布。实现晶圆中间和边缘区域得到同等条件的沉积和溅射，从而解决晶圆边缘间隙填充能力薄弱问题。
76.通过上述描述可知，本技术技术方案提供的沉积设备中，通过在反应腔室外侧设置磁场调节装置，通过该磁场调节装置调节在反应腔室内的电场和磁场分布，提高反应腔室内电场和磁场的均匀性，改善等离子体分布的均匀性，降低反应腔室内边缘区域与中心区域的等离子体密度差异，以使得晶圆的中间区域和边缘区域可以得到同等条件的沉积和溅射，提高晶圆深孔填充的均匀性，从而解决晶圆边缘间隙填充能力薄弱的问题。
77.本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
78.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
79.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种沉积设备，其特征在于，所述沉积设备包括：反应腔室，所述反应腔室具有顶部以及环绕在所述顶部四周的侧壁；设置在所述反应腔室内的载物平台，所述载物平台用于放置待处理组件；设置在所述反应腔室外侧的线圈组件，所述线圈组件用于产生磁场，所述磁场用于控制所述反应腔室内的等离子体，以在所述待处理组件表面进行沉积和溅射；设置在所述反应腔室外侧的磁场调节装置，所述磁场调节装置用于调节所述反应腔室内磁场的分布，提高所述反应腔室内电场和磁场的均匀性。2.根据权利要求1所述的沉积设备，其特征在于，所述线圈组件包括：环绕所述侧壁的侧壁线圈以及设置在所述顶部的顶部线圈；所述磁场调节装置包括：至少一个磁场调节子装置，所述磁场调节子装置具有位于同一圆形上的多个磁性元件，所述圆形环绕所述侧壁。3.根据权利要求2所述的沉积设备，其特征在于，同一所述磁场调节子装置的多个磁性元件的磁场调节能力相同，且均匀分布在所述侧壁的四周。4.根据权利要求2所述的沉积设备，其特征在于，所述磁性元件直接固定在所述侧壁的外侧。5.根据权利要求2所述的沉积设备，其特征在于，所述磁场调节子装置包括环形支架，所述磁性元件固定在所述环形支架上，所述磁性元件通过所述环形支架安装在所述侧壁的外侧。6.根据权利要求5所述的沉积设备，其特征在于，所述环形支架可移动的安装在所述侧壁的外侧。7.根据权利要求2所述的沉积设备，其特征在于，具有多个所述磁场调节子装置；所述磁场调节子装置均匀分布在所述侧壁的外侧；具有第一磁场调节子装置和第二磁场调节子装置，所述第一磁场调节子装置相对于所述第二磁场调节子装置靠近所述侧壁的中间区域；所述第一磁场调节子装置的磁场调节能力大于所述第二磁场调节子装置的磁场调节能力。8.根据权利要求7所述的沉积设备，其特征在于，所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件的数量大于所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件的数量；所有所述磁性元件的磁场强度相同；或，所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件的数量等于所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件的数量；所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件的磁场调节能力相同；所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件的磁场调节能力相同；所述第一磁场调节子装置中所述磁性元件的磁场调节能力大于所述第二磁场调节子装置中所述磁性元件的磁场调节能力。9.根据权利要求2所述的沉积设备，其特征在于，具有多个所述磁场调节子装置；所述磁场调节子装置的磁场调节能力相同；在所述侧壁的中间区域指向所述顶部的方向以及在所述侧壁的中间区域指向所述载物平台的方向上，所述磁场调节子装置的分布密度均逐渐降低。10.根据权利要求9所述的沉积设备，其特征在于，不同所述磁场调节子装置中所述磁性元件的数量相同；所有所述磁性元件的磁场调节能力相同。

技术总结
本申请提供了一种沉积设备，所述沉积设备包括：反应腔室，所述反应腔室具有顶部以及环绕在所述顶部四周的侧壁；设置在所述反应腔室内的载物平台，所述载物平台用于放置待处理组件；设置在所述反应腔室外侧的线圈组件，所述线圈组件用于产生磁场，所述磁场用于控制所述反应腔室内等离子体，以在所述待处理组件表面进行沉积和溅射；设置在所述反应腔室外侧的磁场调节装置，所述磁场调节装置用于调节所述反应腔室内磁场的分布，提高所述反应腔室内电场和磁场的均匀性。本方案通过磁场调节装置调节在反应腔室内的电场和磁场分布均匀性，可以提高等离子体分布的均匀性，降低反应腔室内边缘区域与中心区域的等离子体密度差异，有利于提高工艺均匀性。高工艺均匀性。高工艺均匀性。


技术研发人员：张齐 涂飞飞 詹昶 王新胜
受保护的技术使用者：长江存储科技有限责任公司
技术研发日：2021.09.08
技术公布日：2022/5/25