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一种用于控制溅射 薄膜应力分布的装置

阅读：938发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种用于控制溅射薄膜应力分布的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供一种用于控制溅射薄膜应力分布的装置，包括设置在晶圆下的压盘，压盘内设有电极，电极通过电源供电；电极包括从内到外嵌套的n个分电极，相邻的分电极之间通过绝缘隔离层进行隔离，n≥2；每个分电极对应一组供电单元，供电单元由电源和功率调节电路构成，电源的一端接地，电源的另一端通过功率调节电路与对应的分电极连接。本实用新型通过改变电极的结构，使沉积过程中薄膜的应力可以分区域控制，通过控制不同位置电源的功率大小，使得薄膜中的应力分布更为均匀，从而提高产品成品率。，下面是一种用于控制溅射薄膜应力分布的装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于控制溅射薄膜应力分布的装置，包括设置在晶圆下的压盘，压盘内设有电极，电极通过电源供电；其特征在于：所述的电极包括从内到外嵌套的n个分电极，相邻的分电极之间通过绝缘隔离层进行隔离，n≥2；每个分电极对应一组供电单元，供电单元由电源和功率调节电路构成，电源的一端接地，电源的另一端通过功率调节电路与对应的分电极连接。
2.根据权利要求1所述的用于控制溅射薄膜应力分布的装置，其特征在于：所述的n个分电极中，最内侧的分电极为圆形，其它分电极和绝缘隔离层均为与最内侧的分电极同心的圆环形，且所述的其它分电极和绝缘隔离层交替嵌套接触。
3.根据权利要求1所述的用于控制溅射薄膜应力分布的装置，其特征在于：所述的n个分电极中，最内侧的分电极为多边形、椭圆形或梯形，其它分电极和绝缘隔离层均为与最内侧的分电极外轮廓相同的环形，且所述的其它分电极和绝缘隔离层交替嵌套接触。
4.根据权利要求1所述的用于控制溅射薄膜应力分布的装置，其特征在于：所述的电源为射频电源，所述的功率调节电路为射频功率调节电路。
5.根据权利要求1所述的用于控制溅射薄膜应力分布的装置，其特征在于：所述的电源为直流电源，所述的功率调节电路为直流功率调节电路。
6.根据权利要求1所述的用于控制溅射薄膜应力分布的装置，其特征在于：所述的绝缘隔离层为陶瓷隔离层。
7.根据权利要求1所述的用于控制溅射薄膜应力分布的装置，其特征在于：所述的n个分电极中，最内侧的分电极的外轮廓为至少一条直线和一条曲线形成的闭合图形，其它分电极和绝缘隔离层均为与最内侧的分电极外轮廓相同的环形，且所述的其它分电极和绝缘隔离层交替嵌套接触。
8.根据权利要求1所述的用于控制溅射薄膜应力分布的装置，其特征在于：所述的n个分电极中，最内侧的分电极的外轮廓为至少两条曲线形成的闭合图形，其它分电极和绝缘隔离层均为与最内侧的分电极外轮廓相同的环形，且所述的其它分电极和绝缘隔离层交替嵌套接触。

说明书全文

一种用于控制溅射薄膜应力分布的装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于薄膜材料沉积技术领域，具体涉及一种用于控制溅射薄膜应力分布的装置。

背景技术

[0002] 在薄膜材料沉积过程中，由于薄膜中的杂质、缺陷、晶格失配及薄膜与衬底间的温度伸缩系数差异等因素，会导致薄膜存在内应力。这种应力根据工艺的不同，通常可以是压应力，也可以是张应力。通常由于应力的存在，会导致薄膜出现翘曲、龟裂等现象，也会对器件的性能有一定的影响，因此在薄膜沉积过程通常需要将薄膜的应力在一定范围内。

[0003] 在沉积过程中，可以通过在衬底上施加一个射频电压，改变粒子入射到硅片的能量，使薄膜中的缺陷密度改变，从而控制薄膜中的应力大小。但在沉积过程，由于等离子体在腔体内的分布不均匀，入射到硅片表面的能量也不均匀导致薄膜内的应力分布也不均匀。在沉积面积比较大的样品如硅片，通过这种方式可以控制硅片的表面的平均应力，但无法控制应力在硅片中的分布，如图1 所示为测量得到通过偏压方式得到的应力在硅片内的分布。通常由于边缘效应，硅片边缘的应力相对较大，边缘部分的硅片应力会影响生产过程器件的成品率。实用新型内容

[0004] 本实用新型要解决的技术问题是：提供一种用于控制溅射薄膜应力分布的装置，能够使薄膜中的应力分布更均匀，从而提高产品成品率。

[0005] 本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种用于控制溅射薄膜应力分布的装置，包括设置在晶圆下的压盘，压盘内设有电极，电极通过电源供电；其特征在于：所述的电极包括从内到外嵌套的n个分电极，相邻的分电极之间通过绝缘隔离层进行隔离，n≥2；每个分电极对应一组供电单元，供电单元由电源和功率调节电路构成，电源的一端接地，电源的另一端通过功率调节电路与对应的分电极连接。

[0006] 按上述方案，所述的n个分电极中，最内侧的分电极为圆形，其它分电极和绝缘隔离层均为与最内侧的分电极同心的圆环形，且所述的其它分电极和绝缘隔离层交替嵌套接触。

[0007] 按上述方案，所述的n个分电极中，最内侧的分电极为多边形、椭圆形、梯形或不规则形状，其它分电极和绝缘隔离层均为与最内侧的分电极外轮廓相同的环形，且所述的其它分电极和绝缘隔离层交替嵌套接触。

[0008] 按上述方案，所述的电源为射频电源，所述的功率调节电路为射频功率调节电路。

[0009] 按上述方案，所述的电源为直流电源，所述的功率调节电路为直流功率调节电路。

[0010] 按上述方案，所述的绝缘隔离层为陶瓷隔离层。

[0011] 按上述方案，所述的n个分电极中，最内侧的分电极的外轮廓为至少一条直线和一条曲线形成的闭合图形，其它分电极和绝缘隔离层均为与最内侧的分电极外轮廓相同的环形，且所述的其它分电极和绝缘隔离层交替嵌套接触。

[0012] 按上述方案，所述的n个分电极中，最内侧的分电极的外轮廓为至少两条曲线形成的闭合图形，其它分电极和绝缘隔离层均为与最内侧的分电极外轮廓相同的环形，且所述的其它分电极和绝缘隔离层交替嵌套接触。

[0013] 本实用新型的有益效果为：通过改变电极的结构，使沉积过程中薄膜的应力可以分区域控制，通过控制不同位置电源的功率大小，使得薄膜中的应力分布更为均匀，从而提高产品成品率。附图说明

[0014] 图1为薄膜内应力沿硅片径向分布图。

[0015] 图2为本实用新型一实施例的结构示意图。

[0016] 图3为图2的AA剖面图。

[0017] 图4为本实用新型又一实施例的结构示意图。

[0018] 图5为图4的BB剖面图。

[0019] 图6为不同电极沉积得到薄膜内应力分布计算结果。

[0020] 图中：1-晶圆，2-电极，2-1-第一分电极，2-2-第二分电极，2-3-第三分电极，2-4-第四分电极，3-压盘，4-射频功率调节电路，5-射频电源，6-绝缘隔离层，6-1-第一隔离层，6-2-第二隔离层，6-3-第三隔离层。

具体实施方式

[0021] 下面结合具体实例和附图对本实用新型做进一步说明。

[0022] 实施例一：

[0023] 本实施例提供一种用于控制溅射薄膜应力分布的装置，如图2和图3所示，包括设置在晶圆1下的压盘3，压盘3内设有电极2，电极2通过电源供电；所述的电极包括从内到外嵌套的2个分电极，分别为第一分电极2-1和第二分电极2-2，第一分电极2-1和第二分电极2-2之间通过绝缘隔离层6进行隔离。每个分电极对应一组供电单元，供电单元由射频电源5和射频功率调节电路4构成，射频电源5的一端接地，射频电源5的另一端通过射频功率调节电路4与对应的分电极连接。

[0024] 上述2个分电极中，第一分电极2-1为圆形，第二分电极2-2和绝缘隔离层6均为与第一分电极2-1同心的圆环形。

[0025] 其中，对于分电极的形状没有过多的要求，例如，第一分电极2-1还可以为多边形、椭圆形、梯形或不规则形状等，还可以是其它任意形状，例如第一分电极2-1的外轮廓为至少一条直线和一条曲线形成的闭合图形，亦或是至少两条曲线形成的闭合图形。第二分电极2-2和绝缘隔离层6均为与第一分电极2-1外轮廓相同的环形。

[0026] 本实施例中，绝缘隔离层6为陶瓷隔离层。

[0027] 通过设置2个分电极，对第一分电极2-1和第二分电极2-2分别控制电源的功率，从而使得电场在电极2上分布不是均匀的分布，从而控制应力在晶圆1中的分布。

[0028] 所述的电源还可以为直流电源。

[0029] 实施例二：

[0030] 本实施例提供一种用于控制溅射薄膜应力分布的装置，如图4和图5所示，包括设置在晶圆1下的压盘3，压盘3内设有电极2，电极2通过电源供电；所述的电极包括从内到外嵌套的4个分电极，分别为第一分电极2-1、第二分电极2-2、第三分电极2-3和第四分电极2-4，第一分电极2-1和第二分电极2-2之间通过第一绝缘隔离层6-1进行隔离，第二分电极2-2和第三分电极2-3之间通过第二绝缘隔离层6-2进行隔离，第三分电极2-3和第四分电极2-4之间通过第三绝缘隔离层6-3进行隔离。每个分电极对应一组供电单元，供电单元由射频电源5和射频功率调节电路4构成，射频电源5的一端接地，射频电源5的另一端通过射频功率调节电路4与对应的分电极连接。

[0031] 上述4个分电极中，第一分电极2-1为圆形，其它分电极和绝缘隔离层均为与第一分电极2-1同心的圆环形。

[0032] 其中，对于分电极的形状没有过多的要求，例如，第一分电极2-1还可以为多边形、椭圆形、梯形或不规则形状等，还可以是其它任意形状，例如第一分电极2-1的外轮廓为至少一条直线和一条曲线形成的闭合图形，亦或是至少两条曲线形成的闭合图形。其它分电极和绝缘隔离层均为与第一分电极2-1外轮廓相同的环形。

[0033] 本实施例中，绝缘隔离层6为陶瓷隔离层。

[0034] 通过控制边缘电源的功率小于中心位置的电源功率，晶圆1中心和边缘的电场差异相对减小，离子沉积到晶圆1表面时能量相对差异相对较小，使得薄膜中的应力更为均匀。图6为单圆片结构的电极沉积得到薄膜内应力和具有4个分电极沉积得到薄膜内的应力分布图，由图可以看到，在单电极结构中薄膜内应力分布范围为330MPa左右，而采用嵌套4圆环结构电极，薄膜内应力分布可以降低到80MPa以内，这种结构可以较好地控制应力的分布。

[0035] 除以上实施例外，也可以设置其它数量的分电极，原理与上述实施例相同。

[0036] 根据实验，沉积得到的薄膜的应力与加到衬底上的射频电源的功率成线性关系。因此，本发明通过将电极设置成多个环形分电极，将不同的电极接入不同的电源上面，控制不同分电极的功率，从而控制应力在晶圆1内的分布，以提高晶圆1内应力分布的均匀性，从而提高产品成品率。

[0037] 以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。

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