[发明专利]磁控溅射反应腔室的冷却组件及其磁控溅射设备

说明书

本发明实施例公开了一种磁控溅射反应腔室的冷却组件及其磁控溅射设备，其中的组件包括：适配器；适配器被设置为遮蔽内衬的底部和侧壁，用于将内衬固定在反应腔室内；适配器的侧壁与内衬的侧壁之间具有预设的间隙，适配器的底部与内衬的底部相接触，适配器设置有冷却水道，用以对内衬的侧壁、底部进行降温。本发明的冷却组件及其磁控溅射设备，能够增加热接触面积，增加适配器与内衬侧壁的传热效率；通过对内衬侧壁和底面的降温，稳定工艺反应区域温度，避免反应区域温度升高对衬底和薄膜的影响；减少水道加工步骤和难度，减少清洗难度；无需密封圈对水路的密封，能够减少漏水的风险。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种磁控溅射反应腔室的冷却组件及其磁控溅射设备。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术被广泛应用于半导体领域，其采用溅射(Sputtering)沉积技术，在衬底和靶材之间通入氩气等惰性气体，高电压将惰性气体电离产生等离子体，通过磁场增强束缚电子的能力使产生的等离子体轰击靶材，将靶材材料的原子或离子沉积在衬底上形成薄膜。现有的磁控溅射设备如图1所示，该设备有反应腔室1，反应腔室1内置靶材2，靶材2上方置有绝缘材料3用于实现靶材的绝缘，该材料和靶材2中间可添加水冷，用于冷却靶材。溅射工艺时电源施加偏压至靶材2，使其相对于接地的腔体成为负压，在真空的环境下通入惰性气体放电使其电离形成等离子体，负偏压同时能将带正电的等离子体吸引至靶材2。

当等离子体的能量足够高并在由旋转的磁控管4形成的磁场作用下轰击靶材2时，会使金属原子或者金属离子逸出靶材表面，并通过扩散沉积在晶片6上，标号5为承载衬底6的基座，但是即使有磁控管4对金属原子的束缚作用，仍有大量的金属原子和金属离子会沉积到反应腔室1内壁上，脱落后污染衬底和反应腔室1，鉴于反应腔室不易清洗，为此设置了内衬(Shield)9、盖板(Cover ring)8、沉积环(Dep-ring)7以遮挡污染反应腔室的金属原子和金属离子，通过增加表面粗糙度使内衬(Shield)9、盖板(Cover ring)8、沉积环(Dep-ring)7的金属薄膜不脱落，且需要定期的清洗、喷砂、熔射，用适配器adapter10将内衬(Shield)9、盖板(Cover ring)8、沉积环(Dep-ring)7固定在反应腔室1上，在磁控溅射过程中，逸出金属离子和原子携带巨大的热量，将使反应腔室1的内壁温度升高，尤其是内衬(Shield)9、盖板(Cover ring)8、沉积环(Dep-ring)7温度的升高超出了工艺反应的温度区间，不利于工艺的进行，出现了薄膜应力不达标，晶须缺陷等一系列的问题。目前，虽然采用多种方式对内衬9等进行降温等处理，但是存在冷却能力有限，导热速率慢、效率低，成本高，加工难度大等问题，影响薄膜的质量。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种磁控溅射反应腔室的冷却组件及其磁控溅射设备。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种磁控溅射反应腔室的冷却组件，包括：适配器；所述适配器被设置为遮蔽内衬的底部和侧壁，用于将内衬固定在反应腔室内；所述适配器的侧壁与所述内衬的侧壁之间具有预设的间隙，所述适配器的底部与所述内衬的底部相接触，所述适配器设置有冷却水道，用以对所述内衬的侧壁、底部进行降温。

可选地，在所述适配器的侧壁内部和所述适配器的底部内部设置有所述冷却水道。

可选地，所述适配器为两端开口的筒状结构；所述适配器的侧壁内侧与所述内衬的外壁间隙配合；所述适配器的底部设置有支撑部，所述内衬的底部与所述支撑部相接触。

可选地，所述冷却水道包括：第一水道、第二水道；所述第一水道设置在所述适配器的侧壁内部，所述第二水道设置在所述支撑部内部，所述第一水道和所述第二水道相连通。

可选地，所述第一水道包括：出水水道和回水水道；所述出水水道的出水口和所述回水水道的回水口都设置在所述适配器的侧壁外侧。