一种用于反应磁控溅射的反应气体控制系统及调试方法与流程

本发明属于半导体制造，具体涉及一种用于反应磁控溅射的反应气体控制系统及调试方法。

背景技术：

1、反应磁控溅射是一种改进的磁控溅射技术，它在传统磁控溅射的基础上引入了反应气体。在溅射过程中添加反应气体可以改变薄膜的成分和性质，实现对薄膜的精确调节。

2、反应磁控溅射的过程和传统磁控溅射类似，但在气体注入环节有所不同。传统磁控溅射中使用惰性气体（如氩气）来维持稳定的溅射过程，而反应磁控溅射中会添加含有可反应成分的气体，使得溅射过程中发生化学反应。

3、通过添加反应气体，可以实现以下几种功能：

4、合金薄膜制备：通过添加含有合金成分的气体，使靶材和反应气体发生反应，从而在基底上形成合金薄膜。

5、化合物薄膜制备：通过添加含有化合物成分的气体，使靶材和反应气体发生化学反应，并在基底上形成化合物薄膜。

6、氧化物薄膜制备：通过添加含氧气体，使靶材中的金属元素与氧气反应，形成金属氧化物薄膜。

7、通过反应磁控溅射，可以实现对薄膜成分和结构的精确控制，扩展了薄膜制备的应用范围，并在材料科学、电子器件、光学薄膜等领域具有重要的应用价值。

8、反应气体可以与靶材表面被溅射的金属原子或离子发生化学反应，形成化合物薄膜。常用的反应气体包括氮气、氧气、氩气、甲烷等。不同的反应气体会引入不同的化学元素，从而影响薄膜的化学组成和结构。

9、反应气体的浓度和流量对薄膜成分的控制非常重要。增加反应气体的流量可以增加化学反应的速率，增加沉积薄膜中的化合物含量。然而，过高的反应气体流量可能会导致过度的化学反应，产生非理想的薄膜性能。

10、反应气体分布对薄膜均匀性的影响是非常重要的。均匀的薄膜沉积可以确保薄膜在整个基底表面具有一致的厚度和组成，从而保证薄膜的性能和功能的一致性。

11、反应气体分布不均匀可能导致以下问题：

12、1.厚度不均匀性：如果反应气体分布不均匀，部分区域的气体浓度更高，而其他区域的气体浓度较低，这将导致薄膜沉积速率在不同区域有所差异，最终形成厚度不均匀的薄膜。

13、2.成分不均匀性：反应气体分布不均匀还会导致薄膜成分的不均匀。在部分区域，反应气体浓度较高，导致更多的化学反应发生，形成不同的沉积物成分。这将导致薄膜组成在不同区域存在差异。

14、3.结构不均匀性：反应气体分布的不均匀性还会影响薄膜的结构。例如，在氧化反应中，氧气浓度不均匀会导致氧化物相的形成不均匀，从而影响薄膜的晶体结构和性能。

15、为了确保薄膜的均匀性，就需要设计合适的气体喷射系统，通过合理设计气体供应系统，确保反应气体均匀地喷射到靶材上。现有技术中尚无能够满足以上需求的系统结构。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明公开了一种用于反应磁控溅射的反应气体控制系统及调试方法，采用可控制流量且均匀分布的管路向磁控溅射腔体内通入气体，能够改善薄膜的均匀性。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、用于反应磁控溅射的反应气体控制系统的调试方法，包括如下步骤：

4、步骤1，设定多管路气体流量控制系统中各阀门气体流量初始值；

5、步骤2，通过多管路气体流量控制系统、反应气体分流器向磁控溅射腔体内通入气体；所述多管路气体流量控制系统包括管路和n级阀门，n为自然数且n≧4；反应气体分流器包括2n-1根通入磁控溅射腔体的气体管路，n级阀门逐级分流气体至气体管路；

6、步骤3，待反应完成后在薄膜表面取若干测量点，测试获得这些测量点的电阻值；

7、步骤4，计算步骤3获得的若干测量点的电阻值的方差，再将方差除以若干测量点的电阻值的均值，得到用于表示薄膜均匀性的数值；

8、步骤5，判断步骤4得到的数值是否大于阈值，当大于阈值时，表示需要调整部分气体管路的流量，进入步骤6；如不大于阈值，则结束调试；

9、步骤6，获得偏离各测量点电阻值均值一定范围的测量点，对流经该处的氧气流量进行补偿调节，调节该处对应气管中的气体流量；重复执行步骤2-5。

10、进一步的，所述测量点均匀分布在薄膜表面。

11、用于反应磁控溅射的反应气体控制系统，包括多管路气体流量控制系统和反应气体分流器；

12、所述多管路气体流量控制系统包括管路和n级阀门，所述n级阀门包括一个第1级阀门、两个第2级阀门，四个第3级阀门……2n-1个第n级阀门，所述第1级阀门用于向多管路气体流量控制系统通入气体；从第2级阀门起，当前级阀门中每两个阀门分别与一个上一级阀门通过管路连接，用于分流从上一级阀门通入的气体；

13、所述反应气体分流器包括2n-1根分别与2n-1个第n级阀门连接的气体管路，所述气体管路通入磁控溅射腔体中。

14、进一步的，2n-1根气体管路的出气口均匀分布。

15、进一步的，所述反应气体分流器还包括固定圈，所述固定圈安装在磁控溅射腔体内，2n-1根气体管路安装在固定圈上。

16、进一步的，1级阀门前和n级阀门后分别设置有电磁阀。

17、进一步的，所述n级阀门采用手动阀或质量流量计。

18、进一步的，当n级阀门采用质量流量计时，质量流量计通过plc控制。

19、本发明的有益效果为：

20、本发明提供的用于反应磁控溅射的反应气体控制系统采用多级阀门，通过均匀分布的多路气体分流器将气体送入腔体内，结合调试方法中反应后对薄膜多点电阻值的测量和计算，独立控制各阀门送出气体的流量，能够有效改善和保证薄膜成分均匀性。采用本发明提供的系统和方法能够直接从反应气体控制系统向磁控溅射腔体内分散通入气体，不需要开腔操作，减少操作步骤，减少工艺的调试时间。

技术特征：

1.用于反应磁控溅射的反应气体控制系统的调试方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于反应磁控溅射的反应气体控制系统的调试方法，其特征在于，所述测量点均匀分布在薄膜表面。

3.用于反应磁控溅射的反应气体控制系统，其特征在于，包括多管路气体流量控制系统和反应气体分流器；

4.根据权利要求3所述的用于反应磁控溅射的反应气体控制系统，其特征在于，2n-1根气体管路的出气口均匀分布。

5.根据权利要求3所述的用于反应磁控溅射的反应气体控制系统，其特征在于，所述反应气体分流器还包括固定圈，所述固定圈安装在磁控溅射腔体内，2n-1根气体管路安装在固定圈上。

6.根据权利要求3所述的用于反应磁控溅射的反应气体控制系统，其特征在于，1级阀门前和/或n级阀门后分别设置有电磁阀。

7.根据权利要求3所述的用于反应磁控溅射的反应气体控制系统，其特征在于，所述n级阀门采用手动阀或质量流量计。

8.根据权利要求7所述的用于反应磁控溅射的反应气体控制系统，其特征在于，当n级阀门采用质量流量计时，质量流量计通过plc控制。

技术总结本发明公开了一种用于反应磁控溅射的反应气体控制系统及调试方法，属于半导体制造技术领域。用于反应磁控溅射的反应气体控制系统，包括多管路气体流量控制系统和反应气体分流器；多管路气体流量控制系统包括管路和n级阀门，反应气体分流器包括2<supgt;n‑1</supgt;根通入磁控溅射腔体的气体管路，n级阀门逐级分流气体至气体管路，向磁控溅射腔体内通入气体。本发明采用n级阀门，通过均匀分布的多路气体分流器将气体送入腔体内，结合调试方法中反应后对薄膜多点电阻值的测量和计算，独立控制各阀门送出气体的流量，能够有效改善和保证薄膜成分均匀性。技术研发人员：许磊,宋永辉,刘超,姜颖受保护的技术使用者：无锡尚积半导体科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13