[发明专利]磁控管及磁控溅射系统

说明书

公开了一种磁控管及磁控溅射系统。所述磁控管可以包括内磁极和外磁极，所述外磁极围绕所述内磁极，所述外磁极与所述内磁极的磁极方向相反，其特征在于，所述磁控管还包括：辅助磁组，所述辅助磁组包括多个磁柱，所述多个磁柱的磁极方向与所述磁控管的磁极方向相同。

技术领域

本发明涉及电子工艺设备领域，更具体地，涉及一种具有辅助磁组的磁控管以及应用该磁控管的磁控溅射系统。

背景技术

在电子工艺领域，溅射是指荷能粒子(例如氩离子)轰击固体表面，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。在磁控溅射设备中，等离子体产生于腔室中，等离子体的正离子被阴极负电所吸引，轰击腔室中的靶材，撞出靶材的原子，并沉积到衬底上。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，则采用反应气体和惰性气体一起使用。磁控溅射设备广泛应用于集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能及其LED领域。

为了改善溅射的效果，在靶材附近使用了磁控管，它可以迫使等离子中的电子按照一定的轨道运动，增加了电子的运动时间，从而增加了电子和要电离的气体的碰撞的机会，从而得到高密度的等离子体，提供高的沉积速率。同时磁控管所控的电子的轨道会影响不同位置的靶材的侵蚀速率，影响靶材的寿命。同时还会影响薄膜的沉积的均匀性。

图1示出了现有技术的磁控溅射设备的示意图。如图1所示，反应腔室101由腔室主体102和工艺组件108组成，103为被溅射的靶材，104为绝缘材料(例如G10)，绝缘材料104和靶材103中间充满了去离子水107(用于冷却靶材)，磁控管106在电机105的驱动下绕中心轴旋转，109为承载晶片的静电卡盘，110为排气口，连接反应腔室外的真空系统(未示出)。

图2a和图2b分别示出了现有技术的磁控溅射设备的磁控管的俯视图和侧视图，其中，图2b中的箭头表示磁力线。磁控管(Magnetron)是指设置在靶材背部的特定分布的一系列磁体构成的整体机构，磁控管可提供穿过靶材的磁场，在靶材面向真空腔室的一面形成磁场分布。如图2a和图2b所示，该磁控管为圆环型，其内磁极201和外磁极202之间具有相同宽度的间距(gap)203，构成内外磁极的磁铁205通过圆形的孔洞204被夹在上端的由磁性材料(通常为磁性软不锈钢)制成的磁轭(magnetic yoke)206和下端具有由相同磁性材料制成的磁极件(magnetic pole piece)207中间并固定。

图3示出了磁控溅射的原理的示意图。如图3所示，溅射时直流(DC)电源会施加偏压至靶材，使其相对于接地的腔体成为负压。电子在电场的作用下，在飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，产生带正电的氩离子和一个新的电子。电子飞向基片，氩离子在电场的作用下加速飞向阴极靶材，并以高能量足轰击靶材，使靶材发生溅射。

发明人发现，现有技术的磁控溅射设备在靶材表面形成的磁场强度较弱，如需提高磁场强度，则必须使用较高的溅射电压和/或在溅射时维持较高的工艺压力。因此，有必要开发一种能够提高靶材表面磁场强度，以降低溅射电压和/或维持溅射时工艺压力的磁控管以及应用该磁控管的磁控溅射系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种磁控管以及应用该磁控管的磁控溅射系统，其通过设置辅助磁组以改进磁控管的结构，实现降低磁控溅射的溅射电压、工艺启辉压力以及维持溅射时的压力的效果。

根据本发明的一方面，提出了一种磁控管。所述磁控管包括内磁极和外磁极，所述外磁极围绕所述内磁极，所述外磁极与所述内磁极的磁极方向相反；所述磁控管还包括辅助磁组，所述辅助磁组包括多个磁柱，所述多个磁柱的磁极方向与所述磁控管的磁极方向相同。

根据本发明的另一方面，提出了一种磁控溅射系统，所述磁控溅射系统可以采用如上所述的磁控管。