本發明涉及半導體制造領域，具體而言，涉及一種磁控濺射設備及磁控濺射系統。

背景技術：

物理氣相沉積(PVD)技術應用于很多領域，其利用濺射靶材組件可提供帶有原子級光滑表面的具有精確厚度的薄膜材料沉積物。靶材組件是由符合濺射性能的靶材和適于與靶材結合并具有一定強度的背板構成。

在濺射過程中，靶材組件裝配在濺射基臺上，位于充滿惰性氣體的腔室里的靶材暴露于電場中，從而產生等離子區。等離子區的等離子與濺射靶材表面發生碰撞，從而從靶材表面逸出原子。靶材與待涂布基材之間的電壓差使得逸出原子在基材表面上形成預期的薄膜。

目前，鋯靶材組件中含有高純度的鋯靶材。在濺射過程中，鋯靶材的濺射面濺射出的鋯原子除了會沉積于待涂布基材表面，也可能會沉積于腔室內的其他表面上，包括靶材濺射面邊緣、靶材側面及部分背板的表面。在濺射一段時間后，上述表面會出現一些堆積物,即反濺射物，這些反濺射物的附著力不大，容易在濺射的過程中脫落下來，形成異常放電，影響濺射環境。

技術實現要素：

本發明的第一目的在于提供一種磁控濺射設備，以解決傳統的磁控濺射設備在長時間使用后反濺射物脫落而影響濺射環境的缺陷。

本發明的第二目的在于提供一種磁控濺射系統，這種磁控濺射系統包括上述磁控濺射設備和相應的控制系統，自動化程度高，有利于工業大生產。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

一種磁控濺射設備，包括殼體、磁靶、鋯靶材組件、遮擋部以及用于安裝基材的爐盤。殼體具有第一內壁、第二內壁和第三內壁，第一內壁和第二內壁相對間隔設置。第一內壁、第二內壁和第三內壁共同圍合成反應腔體，磁靶、鋯靶材組件、遮擋部和爐盤設置于反應腔體內。爐盤安裝于第一內壁，磁靶安裝于第二內壁，鋯靶材組件設置于磁靶遠離第二內壁的一側。遮擋部設置于第三內壁，遮擋部具有第一凹槽，第一凹槽的開口朝向遠離第三內壁的一側，且第一凹槽的開口覆蓋有篩網。

進一步的，在本發明較佳的實施例中，上述篩網的目數為200-400目。

進一步的，在本發明較佳的實施例中，上述篩網由絕緣材料制成。

進一步的，在本發明較佳的實施例中，上述鋯靶材組件包括固定連接的鋯靶材和背板，背板可拆卸連接于磁靶，鋯靶材靠近基材的一面為濺射面。

進一步的，在本發明較佳的實施例中，上述鋯靶材包括一體成型的基底和凸臺，基底具有上表面和下表面，背板設有第二凹槽，第二凹槽由底面和周面圍合而成，基底的下表面焊接于第二凹槽的底面，基底的上表面設有鋸齒狀凸起，上表面與背板的靠近凸臺的一面位于同一平面。

進一步的，在本發明較佳的實施例中，上述第二凹槽的周面與基底的側壁間隙配合，第二凹槽的周面與基底的側壁之間的間隙小于0.1mm。

進一步的，在本發明較佳的實施例中，上述凸起為錐形，相鄰兩個凸起的側壁之間的夾角為45°-75°，凸起的高度小于凸臺的高度。

進一步的，在本發明較佳的實施例中，上述背板遠離凸臺的一側開設有多個散熱通道，多個散熱通道間隔均勻分布。

進一步的，在本發明較佳的實施例中，上述磁靶與鋯靶材組件之間設置有緩沖板并用于調整鋯靶材組件與基材之間的磁場強度，緩沖板包括至少兩個依次疊放的調整板。

一種磁控濺射系統，包括上述磁控濺射設備，以及與磁控濺射設備相匹配的控制系統。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

這種磁控濺射設備的殼體內為反應腔體，濺射反應就發生在這一相對密閉的反應腔體中。反應腔體內的第一內壁上安裝有爐盤，在濺射反應時，爐盤上設置有待涂布的基材，爐盤用于將基材加熱至預設溫度，便于薄膜的形成。在與第一內壁相對的第二內壁上安裝的磁靶為濺射反應提供磁場。鋯靶材組件安裝于磁靶上，并于上述基材相對設置。

同時，在殼體的內壁中除第一內壁和第二內壁以外的第三內壁上設置有遮擋部，遮擋部上具有第一凹槽，用于接收在濺射反應時射向反應腔體內壁的鋯原子，并對鋯原子進行沉積，即形成反濺射物。在第一凹槽開口處設置的篩網，能夠對脫落的上述反濺射物進行有效截留，防止其掉落在反應腔體內形成異常放電，影響濺射環境。

這種磁控濺射設備，能夠有效的避免反濺射物脫落對濺射環境的影響，有效提高反應腔體內鋯金屬薄膜的質量，從而提高半導體器件的性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施方式的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1是本發明實施例1提供的一種磁控濺射裝置的結構示意圖；

圖2是本發明實施例1提供的一種磁控濺射裝置的殼體的剖面示意圖；

圖3是本發明實施例1提供的磁控濺射裝置中鋯靶材組件的結構示意圖；

圖4是本發明實施例2提供的一種磁控濺射裝置的結構示意圖。

圖中標記分別為：

標號：100-磁控濺射設備；200-磁控濺射設備；110-殼體；111-第一內壁；112-第二內壁；113-第三內壁；114-反應腔體；120-磁靶；130-鋯靶材組件；131-鋯靶材；1311-基底；1312-凸臺；1313-濺射面；132-背板；1321-第二凹槽；133-凸起；134-散熱通道；235-緩沖板；236-調整板；140-遮擋部；141-第一凹槽；142-篩網；150-爐盤；151-基材。

具體實施方式

為使本發明實施方式的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施方式中的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施方式的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”和“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”和“第三”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

實施例1如圖1-圖3所示，

本實施例提供一種磁控濺射設備100，如圖1所示，這種磁控濺射設備100包括殼體110、爐盤150、磁靶120、鋯靶材組件130和遮擋部140。

本實施例中，這種磁控濺射設備100的殼體110為四邊體，在其他實施例中殼體110也可以為圓柱形、棱柱形或不規則形等其他形狀。殼體110具有第一內壁111、第二內壁112和第三內壁113，第一內壁111和第二內壁112相對間隔設置，在本實施例中，第一內壁111位于殼體110的頂壁，可以為殼體110的整個頂壁，也可以為頂壁的其中一部分；第二內壁112位于殼體110的底壁，可以為殼體110的整個底壁，也可以為底壁的其中一部分。在殼體110的內壁中除第一內壁111和第二內壁112以外的其余部分均為第三內壁113。第一內壁111、第二內壁112和第三內壁113共同圍合成反應腔體114，磁控濺射反應發生于反應腔體114中。

爐盤150，安裝于反應腔體114的第一內壁111上。在濺射反應時，爐盤150上設置有待涂布的基材151。爐盤150用于將基材151加熱至預設溫度，便于鋯原子在基材151表面沉積形成薄膜。

磁靶120，安裝于反應腔體114的第二內壁112上。磁靶120為濺射反應提供磁場，通過該磁場能夠改變濺射反應中離子的運動方向。鋯靶材組件130安裝于磁靶120上，并于上述基材151相對設置。

傳統的磁控濺射設備中，第三內壁與濺射環境是直接接觸的。因此，在濺射反應中，鋯原子除了沉積到待涂布的基材表面形成薄膜外，還有相當一部分散射到第三內壁上并沉積下來，形成反濺射物。通常，第三內壁為金屬材質，由于鋯原子與第三內壁之間的結合力弱，當鋯原子持續轟擊第三內壁時，在重力及鋯原子轟擊力作用下，沉積于第三內壁的反濺射物容易脫落下來，掉落在反應腔體內形成碎渣，甚至有些碎渣會直接掉落在靶材表面，這些碎渣容易在濺射的過程中形成異常放電，影響濺射環境，最終導致制備的薄膜質量不達標。

鑒于此，本實施例提供的磁控濺射設備100為了避免上述反濺射物脫落的現象，在第三內壁113上設置了遮擋部140。遮擋部140具有第一凹槽141，第一凹槽141的開口朝向遠離第三內壁113的一側，即第一凹槽141的開口朝向濺射反應發生的一側。第一凹槽141用于接收在濺射反應時射向反應腔體114內壁的鋯原子，并對鋯原子進行沉積。在本實施例中第一凹槽141的形狀為矩形槽，在本發明的其他實施例中，第一凹槽141的形狀可以為T型槽、燕尾槽或者其他能滿足實際需求的凹槽。

如圖2所示，第一凹槽141的開口覆蓋有篩網142，篩網142能夠對脫落的上述反濺射物進行有效截留，防止其掉落在反應腔體114內形成異常放電，影響濺射環境。在本發明較佳的實施例中，篩網142的目數在200-400目之間。發明人經過數次試驗發現，當設置的篩網142為200-400目時，篩網142的孔徑略小于脫落下來的反濺射物的碎渣，能夠對碎渣進行很好的截留。而當篩網142的目數大于400目時，篩網142的孔徑小，經過長時間的濺射反應后，鋯原子極易沉積在篩網142上，阻塞篩網142上的篩孔，使反濺射物沉積在篩網142的表面，進而不但不能防止反濺射物掉落在反應腔體114內，甚至會加速反濺射物的脫落。

發明人經過多次試驗證實，篩網142的目數最佳為300目，這種篩網142的截留效果與鋯原子透過效果均較佳，二者之間能夠達到有效平衡，更加有利于避免反濺射物脫落至反應腔體114內影響薄膜的制備。在本實施例中，篩網142由絕緣材料制成，從而避免在濺射反應中由于篩網142的原因而出現的電磁干擾現象。

如圖3所示，鋯靶材組件130包括固定連接的鋯靶材131和背板132，背板132可拆卸連接于磁靶120上。這種可拆卸連接方式可以為卡接、磁吸和粘接等。在本實施例中，背板132通過卡接的方式連接于磁靶120上。鋯靶材組件130中背板132一方面起到支撐鋯靶材131的作用，另一方面具有傳導熱量的作用。

鋯靶材131靠近基材151的一面為濺射面1313，濺射面1313與基材151相對設置。在濺射過程中，真空的反應腔體114內產生氬離子，并向具有負電勢的鋯靶材131加速運動，在加速過程中氬離子獲得動量，并轟擊鋯靶材131的濺射面1313，撞擊出鋯原子，隨后鋯原子遷移到基材151表面沉積并形成薄膜，完成濺射過程。

在濺射過程中，鋯原子除了會沉積在基材151表面和第三內壁113上，鋯原子也會沉積在鋯靶材131的濺射面1313邊緣、背板132表面等位置。在濺射一段時間后，鋯靶材131和背板132的部分表面上會出現與鋯靶材131成分相同的堆積物，即反濺射物。由于這些反濺射物與鋯靶材131和/或背板132之間的附著力小，堆積到一定程度后會在重力和氬離子的轟擊力作用下脫落，形成異常放電，對鋯金屬薄膜的質量造成一定的影響。

鑒于此，為了克服鋯靶材131和背板132的部分表面上的反濺射物脫落影響薄膜的質量，發明人對上述磁控濺射設備100進行進一步的改進。

鋯靶材131包括一體成型的基底1311和凸臺1312，基底1311和凸臺1312都是由鋯金屬材料制成。基底1311和凸臺1312可以有多種形狀，比如長方體形、圓柱形、棱柱形等，在本實施例中基底1311和凸臺1312均為圓柱狀。凸臺1312遠離基底1311的表面為濺射面1313。在濺射反應中，氬離子轟擊凸臺1312的濺射面1313，產生用于制備薄膜的鋯原子。

由于在實際生產中，常常會出現遠離鋯靶材131的濺射面1313中心的磁場較弱，而使得轟擊鋯靶材131邊緣處的鋯原子的動量不夠大，所以從鋯靶材131上轟擊出的鋯原子的動量也不大。這些鋯原子由于動量不足，很難遷移至位于鋯靶材131相對面的基材151上形成薄膜，因而會沉積在反應腔體114內的其他表面。在本發明較佳的實施例中，凸臺1312的直徑是基底1311的一半。這樣設置的好處在于，能夠減少濺射面1313邊緣磁場較弱區域的面積，從而減少由鋯靶材131的濺射面1313邊緣因磁場較弱而產生的動量不足的鋯原子，使得反濺射物的量進一步減少，從根本上解決反濺射物對薄膜質量的影響。

基底1311具有相對設置的上表面(圖未示)和下表面(圖未示)，上表面與凸臺1312相鄰，下表面與背板132連接。基底1311也是由鋯金屬加工而成，用于使凸臺1312與背板132連接。

背板132設有第二凹槽1321，第二凹槽1321的形狀和大小與基底1311相匹配。背板132具有底面(圖未示)和周面(圖未示)，底面和周面共同圍合成第二凹槽1321。基底1311的下表面焊接于第二凹槽1321的底面，這種焊接的方式有多種，本實施例中采用擴散焊接的方式，精確實現基底1311與第二凹槽1321之間的致密擴散連接，而無需整體進行包裝或真空保護。這種結構在焊接時，不需要采取繁瑣的包套處理工序，也無需在擴散焊接后進行復雜的去包套工序，具有加工工序少、成本低的優點。

基底1311的上表面與背板132的靠近凸臺1312的一面位于同一平面，即在鋯靶材組件130安裝完成后，基底1311全部位于第二凹槽1321內，基底1311的厚度與第二凹槽1321的深度一致。這樣設置的好處在于，使得濺射面1313高于背板132且使得濺射面1313的表面積小于第二凹槽1321的表面積，有助于使薄膜表面平整，提高薄膜的成品率。

在濺射反應中，基底1311靠近凸臺1312的一側也會被氬離子轟擊，而基底1311的上表面與濺射面1313中心的距離較遠，此處所受的磁場強度較弱，所以被轟擊出的鋯原子的動量也很小。為了解決這一問題，在這種鋯靶材組件130的基底1311的上表面設有鋸齒狀凸起133。這種鋸齒狀凸起133能夠增大基底1311表面的粗糙度，且能夠改變反濺射物的運動軌跡，使其容易呈鋸齒狀沉積在基底1311的凸起133之間，減少了在濺射反應中反濺射物所受到的沖擊力，增加了反濺射物在鋯靶材組件130上的附著力，從而極大的減少了反濺射物脫落的情況發生，有效的提高了鋯金屬薄膜的質量。

作為優選的，如圖3所示，凸起133為錐形，相鄰兩個凸起133的側壁之間的夾角為45°-75°，本實施例中優選為60°。凸起133的高度小于凸臺1312的高度。這種錐形的凸起133對反濺射物的防脫落作用好。當相鄰兩個凸起133的側壁之間的夾角在45°-75°時，有利于增大反濺射物在凸起133上的附著力，使其不易脫落。

為了進一步避免反濺射物在第二凹槽1321內沉積，在本實施例中，第二凹槽1321的周面與基底1311的側壁間隙配合，在實際加工中，采用真空電子束封焊連接，實現鋯靶材131邊緣封焊，使得第二凹槽1321的周面與基底1311的側壁之間的間隙小于0.1mm。

為了進一步提高該磁控濺射設備100的性能，本實施例在背板132遠離凸臺1312的一側開設有多個散熱通道134，多個散熱通道134間隔均勻分布。鋯靶材組件130中背板132一方面起到支撐鋯靶材131的作用，另一方面具有傳導熱量的作用。由于背板132與鋯靶材131通過焊接的方式連接在一起，為了防止在濺射中由于溫度升高，鋯會催化背板132與鋯靶材131之間的焊料融化，以至于影響濺射效果。因此，在本實施例提供的磁控濺射設備100中，通過上述散熱通道134的設置，能夠對鋯靶材131進行充分冷卻，有利于防止上述情況發生。在實際生產中，這些散熱通道134可以通過機械加工的方式形成。

這種磁控濺射設備100，能夠有效的避免反濺射物脫落對濺射環境的影響，有效提高反應腔體114內鋯金屬薄膜的質量，從而提高半導體器件的性能。

實施例2如圖4所示，

本實施例提供一種磁控濺射設備200，如圖4所示，其實現原理及產生的技術效果和實施例1相同，不同之處在于緩沖板235的設置。

磁靶120與鋯靶材組件130之間設置有緩沖板235，這種緩沖板235能夠調整鋯靶材組件130與基材151之間的磁場強度，從而增強磁場對氬離子的約束力，有利于形成高質量的鋯金屬薄膜。緩沖板235包括至少兩個依次疊放的調整板136，調整板136的數量可以是2個、4個、6個或者更多，設計者可以根據實際情況加以選用，在本實施例中調整板136的數量為3個。調整板236通過被移除或者移入工作區域，來調結鋯靶材131與基材151之間的磁場強度。

這種磁控濺射設備200，能夠根據實際需要，調節鋯靶材組件130與基材151之間的磁場強度，有利于提高鋯金屬薄膜的質量和成品率。

實施例3

本實施例提供一種磁控濺射系統(圖未示)，這種磁控濺射系統包括上述磁控濺射設備和控制系統(圖未示)，該控制系統與上述磁控濺射設備相匹配，并能夠控制這種磁控濺射設備的運行。使用這種磁控濺射系統進行半導體薄膜的制備，自動化程度高，有利于工業大生產。

以上所述僅為本發明的優選實施方式而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。