[发明专利]磁控管、溅射腔室装置和溅射设备

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其是涉及一种磁控管、具有该磁控管的溅射腔室装置和溅射设备。

背景技术

在集成电路制造过程中，磁控溅射技术(PVD)被广泛应用于金属层及金属氮化物层的沉积。

典型的直流磁控溅射设备如图6所示，该设备具有圆环型反应腔体1’。真空泵系统2’可对反应腔体进行抽气而达到约10-8Torr的背底真空度。通过流量计3’连接到腔体的气体源4’可供给溅射工艺气体(如氩气、氮气等)。5’为承载晶片的静电卡盘。6’为靶材，其被密封在真空腔体上。7’为一种绝缘材料(例如G10)，该材料和靶材6’中间充满了去离子水8’。溅射时DC电源会施加偏压至靶材6’，使其相对于接地的腔体成为负压，以致氩气放电而产生等离子体，将带正电的氩离子吸引至负偏压的靶材6’。当氩离子的能量足够高时，会使金属原子逸出靶材表面并沉积在晶片上。

为了获得更大的等离子体密度、沉积速率，通常在靶材背部使用磁控管9’，其包括具有相反极性的内外磁极。在靶材6’的表面内磁极以及外磁极之间分布的磁场可以束缚等离子中的电子按照一定的轨道运动，从而增加了电子的运动时间，提高了电子和其他气体分子的碰撞的机会，得到高密度的等离子体区10’，可大幅度的提高溅射沉积速率。如果该磁控管为非平衡的磁控管(即外磁极的总磁场强度远大于内磁极的总磁场强度，如大于两倍或两倍以上)，则非平衡磁场会从靶材6’朝向晶片11’投射而使等离子体扩展，并将溅射出来的离子导向晶片，同时减小等离子体扩展至侧壁。马达12’会驱动固定磁极的不锈钢平板沿中央轴转动，这样可在各个角度上产生时间均化磁场，以达到更均匀的靶材溅射型态。因此磁控管所控的电子的轨道不仅会影响不同位置的靶材的侵蚀速率，影响靶材的寿命，而且还会影响薄膜的沉积的均匀性。

传统的磁控管的形状如图7所示，具有沿中心旋转的不对称性且旋转中心为图中所示14位置，通孔168的位置遵循L＝arⁿ，以产生累积的路径长度分布，柱状的磁铁固定在通孔168内。其腐蚀曲线如图8所示，在132、134、136、138有四个相对较深的靶材刻蚀，而且在136处靶材刻蚀过深且刻蚀的靶材区域过大，这样使得靶材的利用率较低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种磁控管，所述磁控管的靶材利用率高。

本发明的另一个目的在于提出一种具有所述磁控管的溅射腔室装置。

本发明的再一个目的在于提出一种具有上述溅射腔室装置的溅射设备。

根据本发明第一方面实施例的一种磁控管，包括：外磁极，所述外磁极具有第一磁极性；内磁极，所述内磁极具有与所述第一磁极性相反的第二磁极性，所述内磁极设在所述外磁极的内部，所述内磁极与所述外磁极之间的间隙限定出一条连续闭合的轨道，所述内磁极包括第一和第二内磁极段，所述第一和第二内磁极段均为渐开线形状，所述第一和第二内磁极段绕同一基圆沿相反方向展开且所述第一和第二内磁极的内端相连，其中所述外磁极和所述内磁极中的每一个均相对于所述基圆的圆心中心对称。

根据本发明实施例的磁控管，通过将内磁极设计为由两条以同一基圆为中心、按相反方向展开的中心对称双渐开线组成，且整个磁控管中心对称，使得安装磁控管后的靶材无需配重，机械转动稳定。另外，根据本发明实施例的磁控管，可根据工艺需求，通过调节磁铁密度分布和渐开线的长度来改善磁控管的实际使用效果。

另外，根据本发明的磁控管还具有如下附加技术特征：

所述间隙的宽度恒定。

可选地，所述间隙的宽度为1英寸。

所述内磁极和所述外磁极的宽度相同。

可选地，所述基圆的半径为25毫米。

根据本发明第二方面实施例的一种溅射腔室装置，包括：腔室本体，所述腔室本体内限定有腔室，所述腔室本体的上端敞开；靶材，所述靶材设在所述腔室本体的上端以便所述靶材的下表面暴露到所述腔室内；磁控管，所述磁控管设在所述靶材上方，其中所述磁控管是根据本发明第一方面实施例所述的磁控管；和驱动机构，所述驱动机构与所述磁控管相连以驱动所述磁控管在所述靶材上方旋转。

根据本发明第三方面实施例的一种溅射设备，包括根据本发明第二方面实施例的溅射腔室装置。

根据本发明实施例的溅射腔室装置和具有它的溅射设备，由于具有根据本发明第一方面实施例所述的磁控管，因此安装磁控管后的靶材无需配重，机械转动稳定。另外，可根据工艺需求，通过调节磁铁密度分布和渐开线的长度来改善磁控管的实际使用效果，提高靶材的利用率。