一种薄膜沉积装置的制作方法

    专利查询2025-11-09  25


    本发明涉及半导体制造,尤其涉及一种薄膜沉积装置。


    背景技术:

    1、在等离子体增强化学气相沉积(pecvd)的真空处理腔室中,不同材料的层堆栈结构沉积至基板上。其中,将基板放到真空处理腔室中,首先将第一处理气体通入,用于在基板上形成第一层的第一材料;然后进行等离子体净化及气体净化;继而,再将第二处理气体通入,用于在基板上形成第二层的第二材料。重复上述的等离子体净化及气体净化,并且将第一材料和第二材料堆叠沉积在基板上,形成层堆栈结构的薄膜。其中,三维(3d)存储可由沉积在基板上的交替薄膜材料的层堆栈结构制成。目前,3d储存使用氧化物与氮化物膜的交替层通过相关工艺实现在三维结构中达到储存数据的目的。这些堆栈结构可包括多层第一材料和第二材料,例如超过300层甚至1000层的持续堆栈。

    2、具体地,有些情况下3d储存堆栈的薄膜材料中的第一材料和第二材料堆栈结构可以是氧化物和硅、硅和掺杂硅、或者硅和氮化物。相应地,这些材料组合的3d储存堆栈的薄膜材料大多可应用于bics(bit-cost scalable)、tcat(万亿比特单元阵列晶体管(terabitcell array transistor))或者其它3d存储结构。另外,第一材料和第二材料堆栈结构也可以是其它材料组合物,且第一材料与第二材料层沉积至基板上的顺序也可相反。

    3、然而,目前现有的pecvd设备沉积的薄膜存在不均匀的问题。如图1所示,基板中间区域的薄膜厚度均匀,但边缘20-25mm区域内的薄膜厚度存在先减少后增多的趋势。图2为现有pecvd设备上下电极之间的电场分布示意图。如图所示,造成这种问题的原因主要是基板中间区域的电场呈均匀分布,因此中间区域的薄膜厚度均匀。由于气体喷淋口的直径大约是350mm,大于基板直径,从而导致了气体喷淋口和基板之间的电场分布不均匀,在基板边缘处形成局部气体浓度梯度,使得基板边缘附近产生气体缺少区,基板边缘在沉积过程中由于电场的拉伸而导致最边缘的区域薄膜最厚,次边缘的区域薄膜最薄。同时,现有的pecvd装置还存在颗粒污染物过多的情况,工艺过程中清洗频次过高。

    4、综上所述,有必要提出一种新的薄膜沉积装置,来解决上述问题。


    技术实现思路

    1、本发明提出一种薄膜沉积装置,能够改善薄膜均匀性。

    2、本发明所提出的薄膜沉积装置包括:

    3、处理腔室,用于进行薄膜沉积;

    4、气体供应组件,设置于所述处理腔室顶壁,用于向处理腔室内部供应工艺气体;

    5、加热托盘,设置于所述气体供应组件下方,用于承载并加热基板;

    6、上电极和下电极,用于在处理腔室内形成均匀电场;

    7、射频源,用于与上电极、下电极相连提供射频功率,激发所述处理腔室内部的工艺气体解离为等离子体气体,等离子体气体在所述基板上进行薄膜沉积;

    8、其中,所述上电极、下电极大小相同或相差±10mm且下电极的直径小于基板,在上电极、下电极之间产生均匀电场。

    9、所述下电极与基板的直径差≤15mm。

    10、所述上电极与基板直径相同或相差±10mm。

    11、所述旋转机构用于控制加热托盘相对基板旋转或用于控制加热托盘与基板一起旋转或用于控制气体供应组件相对基板旋转或用于控制支撑环与基板一起旋转。

    12、当所述旋转机构控制基板旋转时,供入处理腔室的气体为惰性气体。

    13、所述惰性气体为氮气。

    14、所述薄膜沉积装置通入的惰性气体温度为200-500℃。

    15、所述旋转机构控制基板旋转时,所述射频源为打开状态。

    16、所述薄膜沉积装置还包括导流环,所述导流环包裹住上电极的侧壁。

    17、所述导流环的直径大于等于支撑环的直径。

    18、所述导流环为绝缘体。

    19、所述导流环的材料为aln或al2o3;

    20、所述上电极与气体供应装置为一体。

    21、所述气体供应组件为绝缘体,所述上电极位于气体供应组件的下方,所述上电极为网状电极。

    22、所述气体供应组件为底部设有凹槽的绝缘体,所述气体供应组件的出气口位于所述凹槽内,所述凹槽内还内嵌有网状电极。

    23、所述凹槽为圆形凹槽。

    24、所述圆形凹槽的直径与网状电极相同。

    25、本发明还提出一种薄膜沉积装置,包括:

    26、处理腔室,用于进行薄膜沉积;

    27、气体供应组件,设置于所述处理腔室顶壁,用于向处理腔室内部供应工艺气体;

    28、加热托盘,设置于所述气体供应组件下方,用于承载并加热基板;

    29、射频源,用于提供射频功率,激发所述处理腔室内部的工艺气体解离为等离子体气体,等离子体气体在所述基板上进行薄膜沉积;

    30、绝缘板,位于气体供应组件下方,所述绝缘板上开有多个通气孔用于将工艺气体导入处理腔室。

    31、所述绝缘板的厚度在0.2mm以上。

    32、所述绝缘板与气体供应组件的底面接触。

    33、所述通气孔与出气口直径相同。

    34、所述通气孔数量大于等于出气口数量。

    35、所述气体供应组件的每个出气口在绝缘板上都有与之位置对应的通气孔。

    36、所述绝缘板与气体供应组件之间留有间隙,所述间隙外侧加有一圈绝缘环。

    37、所述绝缘环为绝缘板边缘向上延伸至包裹气体供应组件的侧壁。

    38、所述绝缘板与气体供应组件之间的间隙在0.1-2mm。

    39、所述绝缘板为与hf不反应的材料。

    40、所述绝缘板为蓝宝石或碳化硅材料。

    41、所述绝缘板材料中加入石英和硅。

    42、所述石英是和硅混合的合成石英。

    43、所述绝缘板表面处理为粗糙表面。

    44、所述薄膜沉积装置还包括支撑环和旋转机构,所述支撑环用于支撑基板,所述旋转机构用于控制基板旋转。

    45、本发明提供的薄膜沉积装置,一方面能够保证工艺腔内电场均匀分布,沉积后的薄膜均匀性好,尤其是在超过300层甚至1000层的持续堆栈也能保证薄膜的均匀性;另一方面,本装置能够实现将等离子能量集中在基板,化学反应也都发生在基板及附近,因此,处理腔室壁上产生的反应就会减少,甚至没有。同时,导流环和支撑环由于是绝缘体,产生的颗粒物也极少,不仅增加了整个腔体的使用寿命,还减少了清洗时间及频次。



    技术特征:

    1.一种薄膜沉积装置,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述下电极与基板的直径差≤15mm。

    3.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述上电极与基板直径相同或相差±10mm。

    4.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置,其特征在于,还包括支撑环和旋转机构,所述支撑环用于支撑基板。

    5.根据权利要求4所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述支撑环为绝缘体。

    6.根据权利要求5所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述旋转机构用于控制加热托盘相对基板旋转或用于控制加热托盘与基板一起旋转或用于控制气体供应组件相对基板旋转或用于控制支撑环与基板一起旋转。

    7.根据权利要求5所述的薄膜沉积装置,其特征在于,当所述旋转机构控制基板旋转时,供入处理腔室的气体为惰性气体。

    8.根据权利要求7所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述惰性气体为氮气。

    9.根据权利要求7所述的薄膜沉积装置,其特征在于,通入的惰性气体温度为200-500℃。

    10.根据权利要求4所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述旋转机构控制基板旋转时,所述射频源为打开状态。

    11.根据权利要求4所述的薄膜沉积装置,其特征在于,还包括导流环,所述导流环包裹住上电极的侧壁。

    12.根据权利要求11所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述导流环的直径大于等于支撑环的直径。

    13.根据权利要求11所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述导流环为绝缘体。

    14.根据权利要求13所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述导流环的材质为aln或al2o3。

    15.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述上电极与气体供应装置为一体。

    16.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述气体供应组件为绝缘体,所述上电极位于气体供应组件的下方,所述上电极为网状电极。

    17.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述气体供应组件为底部设有凹槽的绝缘体,所述气体供应组件的出气口位于所述凹槽内,所述凹槽内还内嵌有网状电极。

    18.根据权利要求17所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述凹槽为圆形凹槽。

    19.根据权利要求18所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述圆形凹槽的直径与网状电极相同。

    20.一种薄膜沉积装置,其特征在于,包括:

    21.根据权利要求20所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述绝缘板的厚度在0.2mm以上。

    22.根据权利要求20所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述绝缘板与气体供应组件的底面接触。

    23.根据权利要求22所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述通气孔与出气口直径相同。

    24.根据权利要求22所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述通气孔数量大于等于出气口数量。

    25.根据权利要求22所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述气体供应组件的每个出气口在绝缘板上都有与之位置对应的通气孔。

    26.根据权利要求20所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述绝缘板与气体供应组件之间留有间隙,所述间隙外侧加有一圈绝缘环。

    27.根据权利要求26所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述绝缘环为绝缘板边缘向上延伸至包裹气体供应组件的侧壁。

    28.根据权利要求26所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述绝缘板与气体供应组件之间的间隙在0.1-2mm。

    29.根据权利要求20所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述绝缘板为与hf不反应的材料。

    30.根据权利要求29所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述绝缘板为蓝宝石或碳化硅材料。

    31.根据权利要求29所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述绝缘板材料中加入石英和硅。

    32.根据权利要求31所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述石英是和硅混合的合成石英。

    33.根据权利要求20所述的薄膜沉积装置,其特征在于,所述绝缘板表面处理为粗糙表面。

    34.根据权利要求20所述的薄膜沉积装置,其特征在于,还包括支撑环和旋转机构,所述支撑环用于支撑基板,所述旋转机构用于控制基板旋转。


    技术总结
    本发明公开了一种薄膜沉积装置,其特征在于,包括处理腔室,用于进行薄膜沉积;气体供应组件,设置于所述处理腔室顶壁,用于向处理腔室内部供应工艺气体;加热托盘,设置于所述气体供应组件下方,用于承载并加热基板;上下电极,用于在处理腔室内形成均匀电场;射频源,用于与上下电极相连提供射频功率,激发所述处理腔室内部的工艺气体解离为等离子体气体,等离子体气体在所述基板上进行薄膜沉积。其中,所述上下电极大小相同或相差±10mm且下电极的直径小于基板,在上下电极之间产生均匀电场。本发明能够保证工艺腔内电场均匀分布,沉积后的薄膜均匀性好,尤其是在超过300层甚至1000层的持续堆栈也能保证薄膜的均匀性。

    技术研发人员:王晖,张山,陈高峰,金京俊,李翰相
    受保护的技术使用者:盛美半导体设备(上海)股份有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
    转载请注明原文地址:https://tc.8miu.com/read-31800.html

    最新回复(0)