技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
半导体制造设备，且特别涉及一种物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）设备。
背景技术
[0002] 在半导体制造工艺中，
薄膜的成膜方法主要有物理气相沉积法和
化学气相沉积法两种。物理气相沉积法又可分为蒸
镀法（Evaporation）和溅镀法（Sputtering）两种。其中，蒸镀是在蒸镀腔中进行的，通过蒸镀源在高温时所具备的饱和蒸气压来进行薄膜的沉积；溅镀则是在
等离子体腔中进行的，通过等离子体产生的
离子轰击（Bombardment）靶材（Target），被轰击出来的靶材
原子溅射沉积到
晶圆表面而形成薄膜。由于溅镀的沉积方法具有良好的阶梯
覆盖能
力，在晶圆的密集区（Dense Area）和稀疏区（Iso Area）都有很好的均匀性，因而溅镀的沉积方法成为半导体制造工艺中沉积薄膜最常用的方式之一。
[0003] 在实际溅镀成膜过程中，将待沉积的晶圆放置于工艺腔体内部的晶圆承载
基座（Pedestal）上，通过晶圆固定环（Clamp Ring）将待沉积的晶圆固定于晶圆承载基座，且晶圆固定环的镂空部正好限制晶圆的沉积区域。换言之，晶圆固定环将遮蔽晶圆边缘处（Edge）以及晶圆承载基座与工艺腔体罩之间的区域，仅暴露出晶圆的沉积区域。常见的晶圆固定环的材质为不锈
钢材质。
[0004] 但随着某些产品的互连（Interconnection）与后期的封装（Packaging）需求，在
铝衬垫（Aluminum Pad）成膜时，沉积铝金属层膜的厚度往往大于20000埃，伴随的工艺时间也相对较长，导致等离子体中的离子轰击靶材而掉落下来的原子也会掉落在晶圆固定环上。由于靶材材质的原子掉落沉积，晶圆固定环的
温度变得非常高，而晶圆固定环下方的晶圆温度也会随之升高，特征是在晶圆边缘区域，往往会造成晶圆与晶圆固定环黏着，以及晶圆表面的根须状凸起（Whisker）
缺陷，对晶圆造成影响。
发明内容
[0005] 为了克服上述问题，本发明提供一种物理气相沉积设备，可以降低成膜过程中晶圆固定环的温度，并有效解决由此带来的晶圆与晶圆固定环黏着问题以及晶圆表面的根须状凸起缺陷。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提出一种物理气相沉积设备，包括：
[0007] 工艺腔体；
[0008] 晶圆承载基座，其设置于所述工艺腔体内部的底部；
[0009] 工艺腔体罩，其设置于所述工艺腔体内部的四周；
[0010] 晶圆固定环，其设置于所述晶圆承载基座的上方，且其外周固定于所述工艺腔体罩
侧壁，所述晶圆固定环使待作业晶圆固定于所述晶圆承载基座上，并通过内周暴露出待作业晶圆的沉积区域；
[0011] 沉积环，其设置于所述晶圆固定环的上方，且其外周固定于所述工艺腔体罩侧壁。
[0012] 进一步地，所述沉积环的内周为倾斜面。所述倾斜面与
水平面的夹
角为0°至20°。
[0013] 进一步地，所述沉积环的内周的最小处直径大于所述晶圆固定环的内周的直径。
[0014] 进一步地，所述沉积环为一体成型的构件。
[0016] 进一步地，所述沉积环的上表面为粗糙表面。
[0017] 进一步地，所述工艺腔体内部的顶部设置有靶材。所述靶材与所述晶圆固定环的垂直距离大于50mm。所述靶材与所述沉积环的垂直距离大于30mm。
[0018] 进一步地，所述晶圆承载基座底部设置有升降机构，所述升降机构用于将所述晶圆承载台升高，使所述晶圆承载台固定于所述晶圆固定环下部。
[0019] 与
现有技术相比，本发明所述的物理气相沉积设备的有益效果主要表现在：通过在晶圆固定环的上部设置沉积环，防止成膜过程中从靶材的溅射掉落的原子沉积于晶圆固定环上，造成晶圆固定环的温度升高，从而减少了晶圆与晶圆固定环的黏着问题，并减少了晶圆边缘表面的根须状凸起缺陷，使晶圆沉积成膜过程工艺问题减少。
附图说明
[0020] 图1为现有技术中物理气相沉积设备工艺腔体的剖面图；
[0021] 图2为是图1的物理气相沉积设备沉积40000埃铝金属层时晶圆承载基座的温度变化图；
[0022] 图3为本发明的物理气相沉积设备工艺腔体的剖面图；
[0023] 图4为本发明的沉积环的背面结构图；
[0024] 图5为本发明的沉积环的部分剖面图；
[0025] 图6为本发明的物理气相沉积设备工艺腔体的改进剖面图。
具体实施方式
[0026] 为了更好地理解本发明的物理气相沉积设备，先对现有技术的物理气相沉积设备结构做描述。
[0027] 图1是现有技术中物理气相沉积设备工艺腔体的剖面图。图2是图1的物理气相沉积设备沉积40000埃铝金属层时晶圆承载基座的温度变化图。
[0028] 请参考图1，在工艺腔体100的顶部设置有靶材101，工艺腔体100的底部设置有晶圆承载基座103，晶圆承载基座103上放置有晶圆104，晶圆104通过固定于工艺腔体100侧壁的晶圆固定环102固定于晶圆承载基座103上。当物理气相沉积设备开始沉积时，等离子体（图中未示出）轰击靶材101，靶材101上的原子溅射到晶圆104的暴露区域及晶圆固定环102上。
[0029] 请参考图2，图2是图1的物理气相沉积设备沉积40000埃铝金属层时晶圆承载基座的温度变化图，横轴为工艺时间，纵轴为温度。
[0030] 在成膜工艺过程中，通过对晶圆承载基座103的设定来设置初始工艺温度，通过设定晶圆承载基座103的温度对晶圆104进行升温，以此设置初始工艺温度。而晶圆承载基座103的实时温度，对应反应了工艺过程中晶圆104的温度变化趋势。
[0031] 在铝衬垫沉积工艺时，由于铝金属层的厚度很厚，往往超过20000埃，沉积工艺时间较长，晶圆固定环102上沉积了许多溅射掉落的靶材101原子，温度升高。在沉积40000埃铝金属层时，晶圆承载基座103初始的设置温度为270℃，但伴随着工艺时间的增加，晶圆承载基座103的温度由于晶圆固定环102的传递热，升高到了290℃，对应反应了工艺过程中，晶圆104的相对温度变化趋势：晶圆104在工艺过程中温度不断升高，而该温度变化趋势是沉积工艺过程中所不想要的。
[0032] 下面结合附图对发明作进一步的描述。
[0033] 请参考图3，图3是本发明的物理气相沉积设备工艺腔体的剖面图。在工艺腔体201的顶部设置有靶材202，工艺腔体201的底部设置有晶圆承载基座204，工艺腔体201的四周设置有工艺腔体罩203，晶圆承载基座204上放置有晶圆205，晶圆205通过固定于工艺腔体201四周工艺腔体罩203侧壁上的晶圆固定环206固定于晶圆承载基座204。晶圆固定环206的内周镂空部暴露出晶圆205的沉积区域。在工艺腔体罩203的侧壁上还设置有沉积环205，沉积环207位于晶圆承载基座204的上方，沉积环207的内周为倾斜面207a，且沉积环207的内周最小处直径略大于晶圆固定环206的内周直径，即沉积环207的镂空部略大于固定环206的镂空部。靶材202与晶圆固定环206之间的垂直距离大于50mm。靶材202与沉积环207的垂直距离大于30mm。
[0034] 请参考图4，图4是本发明的沉积环的背面结构图。沉积环207的内周有倾斜面207a，倾斜面207a所围部分为镂空部301。沉积环207的材质为钛金属材质，钛金属具有较低的
热膨胀系数，并且使用一体成型制造而成。沉积环207的上表面（图中未示出）为粗糙表面，有利于溅射掉落的靶材原子更好地沉积于沉积环207，而不会掉落到晶圆表面。
[0035] 请参考图5，图5是本发明的沉积环的部分剖面图。沉积环207的内周有倾斜面207a，倾斜面207a为向下的倾斜面，且倾斜面207a与沉积换207的水平部分的夹角207b的角度范围包括0°至20°，优选夹角角度范围为16°至20°，夹角角度与沉积环207和晶圆固定环206（图中未示出）之间的垂直距离有关。
[0036] 在铝衬垫沉积工艺中，等离子体轰击靶材202，靶材202的原子溅射掉落沉积于沉积环205与晶圆205表面，而不是掉落在与晶圆205
接触的晶圆固定环206上。因此，晶圆固定环206的温度在沉积工艺过程中，并不会很快升高，相对的，也不会影响晶圆205的温度。
[0037] 根据上述本发明的物理气相沉积设备的
基础上，还作出了以下改进。图6是本发明的物理气相沉积设备的工艺腔体的改进剖面图。
[0038] 请参考图6，在工艺腔体201’的顶部设置有靶材202’，工艺腔体201’的底部设置有晶圆承载基座204’，工艺腔体201’的四周设置有工艺腔体罩203’，晶圆承载基座204’上放置有晶圆205’，晶圆205’通过固定于工艺腔体201’四周工艺腔体罩203’侧壁上的晶圆固定环206’固定于晶圆承载基座204’。晶圆固定环206’的内周镂空部暴露出晶圆205’的沉积区域。在工艺腔体罩203’的侧壁上还设置有沉积环207’，沉积环207’位于晶圆承载基座204’的上方，沉积环207’的内周为倾斜面207a’，且沉积环207’的内周最小处直径略大于晶圆固定环206’的内周直径。靶材202与晶圆固定环206之间的垂直距离大于50mm。靶材202与沉积环207的垂直距离大于30mm。在晶圆承载基座204’底部设置有升降机构208，通过升降机构208对晶圆承载基座204’进行高度调节，使放置于晶圆承载基座
204’上的晶圆205’，使晶圆205’更精确地固定于晶圆固定环206’下。
[0039] 综上，本发明的物理气相沉积设备，通过在晶圆固定环的上部设置沉积环，成膜过程中从靶材溅射掉落的原子良好地沉积于沉积环的粗糙上表面，防止成膜过程中从靶材的溅射掉落的原子沉积于晶圆固定环上，造成晶圆固定环的温度升高，有效防止了晶圆固定环温度
过热并传导热到晶圆，从而减少了晶圆与晶圆固定环的黏着问题并减少了晶圆边缘表面的根须状凸起缺陷，使晶圆沉积成膜过程工艺问题减少，保证了产品良率。尤其是在沉积厚铝金属层中起到了极佳的效果。
[0040] 综上所述仅为本发明的优选
实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或
修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
