[发明专利]磁控源和磁控溅射设备、以及磁控溅射方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，特别涉及一种磁控源、磁控溅射设备以及磁控溅射方法。

背景技术

磁控溅射技术广泛地应用于集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能及LED等领域。所谓溅射是指利用荷能粒子(例如氩离子)轰击固体表面，从而引起表面各种粒子，如原子、分子或团束从该物体表面逸出的现象。如图1所示，为现有磁控溅射设备的示意图。该磁控溅射设备包括高真空工艺腔的腔体1、位于所述腔体1之内的用以承载晶片的静电卡盘9和抽气口10。其中，腔体1由腔室主体2和调整板(adaptor)8组成，其中，腔室主体2由底座和周壁构成。在高真空工艺腔1之上设有被溅射的靶材3、以及隔离部件4构成的密封腔室，密封腔室和靶材3之间充满去离子水7，其中，该隔离部件4采用绝缘材料构成，例如石英等，其使去离子水7与其他部件绝缘。磁控管6设置在密封腔室内，且磁控管6在电机5的作用下做高速的旋转。

在该磁控溅射设备中，等离子体产生于密封腔室中。等离子体的正离子被阴极负电所吸引，轰击密封腔室中的靶材3，撞出靶材3的原子，并沉积到晶片上。在非反应溅射的情况下，气体是惰性气体，例如氩气。在反应溅射中，则可采用反应气体和惰性气体一起使用。

随着半导体技术的不断发展，超大规模集成电路目前都以Cu互连为主。在Cu互连的制备过程中，采用PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)的方式进行通孔的填充成为了Cu互连的关键步骤。目前提高PVD通孔填充效果的方法主要有两种，一种是离子化的金属(IMP)的方法，一种是自离化的等离子(SIP)的方法。

自离化的等离子的方法主要是采用一个小型但是强力的磁控管，作用于一个靶材的小的区域上，这样可以在单位面积上产生较高的功率密度，这样可以增加金属的离化率，离化了的金属可以在静电卡盘上加载的电压的吸引下较准直的运动，从而提高通孔的填充效果。

另外，为了提高靶材腐蚀和工艺的均匀性还需要一个扫描机构使磁控管能覆盖整个靶材。如图2所示，为现有磁控管的扫描机构示意图。该扫描机构包括轴1、齿轮2-4、磁控管5以及配重6-7。电机通过轴1带动齿轮3沿着齿轮2做以轴1为中心的圆周运动，齿轮4在齿轮3的带动下做自转运动，从而带动磁控管5和配重6沿着齿轮4做自转运动。配重6和7为了平衡整个传动装置，防止由于力矩产生的不平衡，从而增加传动的稳定性。图3显示了现有磁控管的扫描轨迹示意图。

但是，现有技术的缺点在于，由于磁控管的运动源仅由一个电机提供，因此磁控管在靶材边缘和靶材中心之间的运动速度无法单独控制，因此靶材的利用率和金属离化率都有待提高。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决靶材的利用率和金属离化率低的问题。

为解决现有技术中的至少一个问题，本发明一方面提出了一种磁控源，包括：靶材；磁控管，所述磁控管位于所述靶材之上；和控制所述磁控管移动的扫描机构，所述扫描机构包括：轨道，所述磁控管沿所述轨道确定的方向可移动；第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述轨道相连以驱动所述轨道在与所述靶材平行的平面上旋转；和第二驱动机构，所述第二驱动机构相对于所述第一驱动机构独立，所述第二驱动机构驱动所述磁控管沿由所述轨道确定的方向移动。

在本发明的一个实施例中，所述第一驱动机构包括：第一电机，所述第一电机通过输出轴与所述轨道相连。所述第二驱动机构包括连杆机构和第二电机，所述连杆机构的一端与所述轨道相固定，而另一端卡合在所述轨道中，所述轨道与所述连杆机构的另一端在正交于所述输出轴的第二方向上彼此相对地可滑动。所述第二电机与所述连杆机构相连，并驱动所述连杆机构转动以驱动所述磁控管沿由所述轨道确定的方向相对于输出轴平移。

在本发明的一个实施例中，所述连杆机构包括转动杆和从动杆，所述转动杆的第一端固定在所述轨道的一端，所述第二电机与所述转动杆相连以驱动所述转动杆转动；所述从动杆的第一端与所述转动杆的第二端可枢转地相连，所述从动杆的第二端可滑动地卡合在所述轨道中且适于与所述磁控管相连。

在本发明的一个实施例中，所述输出轴与所述转动杆的第一端相固定，且所述从动杆的第二端通过固定杆与所述磁控管相连。

在本发明的一个实施例中，还包括：第一密封箱，所述第一密封箱容纳所述轨道和连杆机构。