專利名稱：一種磁控管及磁控濺射設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子領(lǐng)域，具體涉及一種磁控管及應(yīng)用該磁控管的磁控濺射設(shè)備。
背景技術(shù)：
直流磁控濺射技術(shù)是制備半導(dǎo)體集成電路的常用技術(shù)，其是在低氣壓下使氣體電離形成等離子體，然后借助靶材表面的磁場使等離子體中的帶電粒子撞擊靶材表面，以使靶材發(fā)生濺射，在濺射粒子中，中性的靶原子沉積在晶片等被加工工件表面形成薄膜。圖1為典型的磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖。如圖1所示，磁控濺射設(shè)備包括反應(yīng)腔室1，真空泵2與反應(yīng)腔室I的底部連通，以調(diào)節(jié)反應(yīng)腔室I內(nèi)部的氣體壓力。在反應(yīng)腔室I的底部設(shè)有用于承載晶片的靜電卡盤5，在反應(yīng)腔室I的頂部與靜電卡盤5相對的位置設(shè)有靶材6。用于提供反應(yīng)氣體的氣體源4通過管路與反應(yīng)腔室I連接，在氣體源4與反應(yīng)腔室I之間設(shè)有用于控制反應(yīng)氣體流量的氣體流量計3。在靶材6的上表面還設(shè)有磁控管9，而且，磁控管9在電機12的驅(qū)動下掃描靶材6的表面，可以提高靶材的濺射速率。圖2為現(xiàn)有的磁控管的平面視圖。請參閱圖2，磁控管9包括螺旋形的內(nèi)磁極91和外磁極92，內(nèi)磁極91和外磁極92相互嵌套在一起，而且內(nèi)磁極91和外磁極92之間的距離相等，從而形成間距相等的閉合的螺旋形通道93，而且，螺旋形通道93首尾連通。在工藝過程中，磁控管9以內(nèi)磁極91的內(nèi)端部94為中心在靶材6的表面旋轉(zhuǎn)掃描，以提高靶材6的濺射速率。上述磁控管在實際使用過程中，由于內(nèi)磁極91和外磁極92形成的螺旋形通道首尾連通，因此螺旋形通道較長，而且內(nèi)磁極91和外磁極92螺旋的圈數(shù)較多，因此內(nèi)磁極91和外磁極92之間的間距較窄，這使得磁控濺射設(shè)備需要較高的濺射氣壓才能啟輝和維持等離子體，從而導(dǎo)致薄膜的致密性以及均勻性降低。尤其在對深寬比較大的通孔內(nèi)沉積薄膜時，利用現(xiàn)有磁控管沉積的薄膜的均勻性很差，如通孔的底部沉積的薄膜較厚，而通孔的側(cè)壁沉積的薄膜較少。

發(fā)明內(nèi)容
為至少解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明提供一種磁控管，其不僅可以降低啟輝以及維持等離子體的濺射氣壓。此外，本發(fā)明還提供一種磁控濺射設(shè)備，其不僅啟輝和維持等離子體的濺射氣壓低。解決上述技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案是提供一種磁控管，包括內(nèi)磁極以及與其極性相反的外磁極，所述內(nèi)磁極和所述外磁極在垂直于其軸線的截面上的形狀為螺旋形，所述內(nèi)磁極和所述外磁極相互不接觸地嵌套在一起，從而在所述內(nèi)磁極和所述外磁極之間形成螺旋形通道，所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部和外端部之間的夾角以及所述外磁極的內(nèi)端部和外端部之間的夾角均小于或等于720°，所述螺旋形通道包括第一通道和第二通道，而且，所述第一通道和第二通道的內(nèi)端不連通。
優(yōu)選地,所述內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極本體和設(shè)置在所述內(nèi)磁極本體上的多個磁鐵，所述磁鐵由所述內(nèi)磁極本體內(nèi)端部至外端部排列設(shè)置；所述外磁極包括外磁極本體和設(shè)置在所述外磁極本體上的多個磁鐵，所述磁鐵由所述外磁極本體的內(nèi)端部至外端部排列設(shè)置。優(yōu)選地，設(shè)置在所述內(nèi)磁極本體上的所述磁鐵在所述內(nèi)磁極本體的內(nèi)端部至外端部均勻分布；設(shè)置在所述外磁極本體上的所述磁鐵在所述外磁極本體的內(nèi)端部至外端部均勻分布。優(yōu)選地，所述磁鐵為柱狀的磁鐵，所述磁鐵鑲嵌在所述內(nèi)磁極本體和所述外磁極本體內(nèi)。優(yōu)選地，所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部與所述外磁極之間的距離遠小于所述螺旋形通道的間距；所述外磁極的內(nèi)端部與所述內(nèi)磁極之間的距離遠小于所述螺旋形通道的間距；而且，所述內(nèi)磁極的外端部與所述外磁極的外端部均為開放的自由端，以使所述第一通道和第二通道形成非閉合的通道。優(yōu)選地，所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部與所述外磁極之間的距離遠小于所述螺旋形通道的間距；所述外磁極的內(nèi)端部與所述內(nèi)磁極之間的距離遠小于所述螺旋形通道的間距，而且，所述內(nèi)磁極的外端部為開放的自由端，所述外磁極的外端部閉合，以使所述第一通道的外端和第二通道的外端連通。優(yōu)選地，所述內(nèi)磁極與所述外磁極內(nèi)端部對應(yīng)的區(qū)域朝向所述外磁極突出，所述外磁極與所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部對應(yīng)的區(qū)域朝向所述內(nèi)磁極突出。優(yōu)選地,所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部與所述外磁極的最短距離為2 5mm,所述外磁極的內(nèi)端部與所述內(nèi)磁極的最短距離為2 5mm。本發(fā)明還提供一種磁控濺射設(shè)備，包括反應(yīng)腔室、靶材、磁控管以及驅(qū)動所述磁控管轉(zhuǎn)動的驅(qū)動部件，所述靶材設(shè)置在所述反應(yīng)腔室的頂端，所述磁控管設(shè)置在所述靶材的上方，在所述驅(qū)動部件的驅(qū)動下所述磁控管在所述靶材的表面旋轉(zhuǎn)掃描，所述磁控管采用本發(fā)明提供的所述的磁控管。優(yōu)選地，所述磁控管的旋轉(zhuǎn)中心為所述磁控管的對稱中心。優(yōu)選地，所述磁控管的旋轉(zhuǎn)中心偏離所述磁控管的對稱中心。本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明提供的磁控管由于內(nèi)磁極的內(nèi)端部和外端部之間的夾角以及外磁極的內(nèi)端部和外端部之間的夾角均小于或等于720°，即控制螺旋形內(nèi)磁極和外磁極的螺旋圈數(shù)，而且，所述第一通道和第二通道的內(nèi)端不連通，這可以減少第一通道和第二通道的長度以及增加第一通道和第二通道的寬度，即減少了等離子體路徑的長度并增加了路徑的寬度，從而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓，進而可以提高薄膜的致密性和均勻性。另夕卜，由于內(nèi)磁極和外磁極呈螺旋狀，其可以實現(xiàn)全靶腐蝕，從而可以提高靶材的利用率，進而可以降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明提供的磁控濺射設(shè)備由于采用本發(fā)明提供的磁控管，使得位于內(nèi)磁極和外磁極之間的第一通道和第二通道的長度變短以及寬度增加，即減少了等離子體路徑的長度并增加了路徑的寬度，從而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓，這不僅可以提高刻蝕速率，而且可以提高薄膜的致密性和均勻性，從而可以提高集成電路的性能。另外，由于內(nèi)磁極和外磁極呈螺旋狀，可以實現(xiàn)全靶腐蝕，從而可以提高靶材的利用率，進而可以降低生產(chǎn)成本。


圖1為典型的磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2為現(xiàn)有的磁控管的平面視圖；圖3為本發(fā)明第一實施例磁控管的平面視圖；圖4為旋轉(zhuǎn)中心偏離磁控管對稱中心時磁控管的平面視圖；圖5為本發(fā)明第二實施例磁控管的平面視圖；圖6為采用本實施例磁控管掃描靶材表面時靶材的腐蝕曲線。
具體實施例方式為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的磁控管及磁控濺射設(shè)備進行詳細描述。本實施例的磁控管為柱狀結(jié)構(gòu)，磁控管可以其中心線為軸旋轉(zhuǎn)。在下面的實施例中，內(nèi)端部是指靠近磁控管中心線的一端,外端部是指遠離磁控管中心線的一端。圖3為本發(fā)明第一實施例磁控管的平面視圖。請參閱圖3，磁控管包括內(nèi)磁極31和外磁極32，內(nèi)磁極31和外磁極32在垂直于磁控管軸線的截面上的形狀均為螺旋形，內(nèi)磁極31和外磁極32相互不接觸地嵌套在一起，從而將內(nèi)磁極31和外磁極32相對的區(qū)域隔離成螺旋形通道，該螺旋形通道可在靶材表明形成與之形狀相似、尺寸相近地等離子體路徑。
內(nèi)磁極31包括內(nèi)磁極本體31a和多個磁鐵40，磁鐵40由內(nèi)磁極本體3Ia內(nèi)端部至外端部排列設(shè)置。類似地，外磁極32包括外磁極本體32a和多個磁鐵40，磁鐵40由外磁極本體32a的內(nèi)端部至外端部排列設(shè)置。本實施例，內(nèi)磁極本體31a和外磁極本體32a采用導(dǎo)磁材料制作，而且設(shè)置在內(nèi)磁極本體31a上的磁鐵40與設(shè)置在外磁極本體32a上的磁鐵40的極性相反，如設(shè)置在內(nèi)磁極本體31a上的磁鐵40的S極朝向讀者，設(shè)置在外磁極本體32a上的磁鐵40的N極朝向讀者，從而使內(nèi)磁極31和外磁極32獲得極性相反的磁場，借助極性相反的內(nèi)磁極31和外磁極32可以約束靶材表面的等離子體。優(yōu)選地，磁鐵40在內(nèi)磁極本體31a的內(nèi)端部和外端部以及外磁極本體32a的內(nèi)端部和外端部均勻地設(shè)置，這可以提高等離子體的密度，增加磁場強度，從而提高濺射的穩(wěn)定性。本實施例中，磁鐵40為圓柱狀的磁鐵，也可以使方形的磁鐵。另外，磁鐵40鑲嵌在內(nèi)磁極本體31a和外磁極本體32a內(nèi)。然而，本發(fā)明并不局限于此，磁鐵40也可以緊貼在內(nèi)磁極本體31a和外磁極本體32a的側(cè)面。但在實際使用中，優(yōu)選將磁鐵40鑲嵌在內(nèi)磁極本體31a和外磁極本體32a內(nèi)，這不僅便于磁控管的加工制作，而且可以使磁控管的結(jié)構(gòu)
更緊湊。本實施例中，內(nèi)磁極31的內(nèi)端部35和內(nèi)磁極31的外端部37之間的夾角為540°，外磁極32的內(nèi)端部36和外磁極32的外端部38之間的夾角為540°，即在垂直于磁控管軸線的截面上，內(nèi)磁極31和外磁極32繞磁控管的軸線一圈半。對于外徑尺寸一定的磁控管，內(nèi)磁極31和外磁極32環(huán)繞磁控管軸線的圈數(shù)的減少,可以增加內(nèi)磁極31和外磁極32之間的間距，即增加了等離子體的路徑的寬度，從而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓，進而可以提高薄膜的致密性以及均勻性。本實施例中，在外磁極32上與內(nèi)磁極31的內(nèi)端部35對應(yīng)的區(qū)域朝向內(nèi)磁極31的內(nèi)端部35突出，從而使內(nèi)磁極31的內(nèi)端部35與所述外磁極32之間的距離遠小于螺旋形通道的間距；同樣，在內(nèi)磁極31上與外磁極32的內(nèi)端部36對應(yīng)的區(qū)域朝向外磁極32的內(nèi)端部36突出，從而使外磁極32的內(nèi)端部36與內(nèi)磁極31之間的距離遠小于螺旋形通道的間距，即將螺旋形通道隔離成第一通道33和第二通道34，這樣可以縮短等離子體的路徑，以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓，從而不僅可以提高刻蝕的速率，而且可以使薄膜更加致密，薄膜的厚度更加均勻。內(nèi)磁極31的內(nèi)端部35與外磁極32的最短距離為2 5mm,優(yōu)選3 5mm ;外磁極32的內(nèi)端部36與內(nèi)磁極31的最短距離為2 5mm,優(yōu)選3 5mm。在本實施例中，內(nèi)磁極31的外端部37為開放的自由端，外磁極32的外端部38為開放的自由端，從而使第一通道33和第二通道34形成非閉合的螺旋形通道，即第一通道33和第二通道34為開放式螺旋形通道。本實施例中，內(nèi)磁極31和外磁極32的形狀和大小相同，而且，內(nèi)磁極31和外磁極32對稱設(shè)置，磁控管的對稱中心即為內(nèi)磁極31和外磁極32的對稱中心。在實際使用過程中，可以磁控管的對稱中心39為旋轉(zhuǎn)中心使磁控管旋轉(zhuǎn)，也可以將旋轉(zhuǎn)中心設(shè)置在偏離磁控管的對稱中心的其它位置，如可以將內(nèi)磁極31的內(nèi)端部35作為旋轉(zhuǎn)中心，或?qū)⑼獯艠O32的外端讀38作為旋轉(zhuǎn)中心。圖4為旋轉(zhuǎn)中心偏離磁控管對稱中心時磁控管的平面視圖。當(dāng)旋轉(zhuǎn)中心偏離磁控管的對稱中心時，可以使靶材的刻蝕更均勻，從而可以提供靶材的利用率。圖5為本發(fā)明第二實施例磁控管的平面視圖。請參閱圖5，本實施例與第一實施例的不同之處在于:外磁極32的內(nèi)端部36和外磁極32的外端部38之間的夾角為720°，而且外磁極32的外端部38閉合，即外磁極32的外端部38與外磁極32的其它位置連接，從而使第一通道的外端和第二通道的外端連通。需要指出的是，盡管第一通道的外端和第二通道的外端連通，但第一通道的內(nèi)端和第二通道的內(nèi)端仍不連通。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，螺旋形通道的長度仍然較短。除上述區(qū)別之外，第二實施例磁控管與第一實施例磁控管的其它結(jié)構(gòu)完全相同，這里不再贅述。上述實施例中，內(nèi)磁極31的內(nèi)端部35和內(nèi)磁極31的外端部37之間的夾角為540°，外磁極32的內(nèi)端部36和外磁極32的外端部38之間的夾角分別為540°和720°。但本發(fā)明并不局限于此，只要使內(nèi)磁極31的內(nèi)端部35和外端部37之間的夾角以及外磁極32的內(nèi)端部36和外端部38之間的夾角小于或等于720°即可縮短螺旋形通道的長度以及增加螺旋形通道的寬度，從而縮短等離子體的路徑和增加等離子體的路徑的寬度，即能達到降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓。本實施例提供的磁控管由于內(nèi)磁極的內(nèi)端部和外端部之間的夾角以及外磁極的內(nèi)端部和外端部之間的夾角均小于或等于720°，即控制螺旋形內(nèi)磁極和外磁極的螺旋圈數(shù)，而且，所述第一通道和第二通道的內(nèi)端不連通，這可以減少第一通道和第二通道的長度以及增加第一通道和第二通道的寬度，即減少了等離子體路徑的長度并增加了路徑的寬度，從而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓，進而可以提高刻蝕的速率以及薄膜的致密性和均勻性。另外，由于內(nèi)磁極和外磁極呈螺旋狀，其可以實現(xiàn)全靶腐蝕，從而可以提高靶材的利用率，進而可以降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明還提供一種磁控濺射設(shè)備，其包括反應(yīng)腔室、靶材、磁控管以及驅(qū)動所述磁控管轉(zhuǎn)動的驅(qū)動部件，所述靶材設(shè)置在所述反應(yīng)腔室的頂端，所述磁控管設(shè)置在所述靶材的上方，在所述驅(qū)動部件的驅(qū)動下所述磁控管在所述靶材的表面旋轉(zhuǎn)掃描，磁控管采用上述實施例所述的磁控管。在本實施例中，驅(qū)動部件的轉(zhuǎn)軸與在垂直于磁控管軸線的截面上的對稱中心連接，即將該對稱中心作為磁控管的旋轉(zhuǎn)中心。可以理解，也可以將偏離磁控管對稱中心的其它位置作為磁控管的旋轉(zhuǎn)中心，如將內(nèi)磁極的內(nèi)端部或所述外磁極的內(nèi)端部作為所述磁控管的旋轉(zhuǎn)中心。圖6為米用本實施例磁控管掃描祀材表面時祀材的腐蝕曲線。圖中，橫坐標(biāo)表不靶材中心到邊緣的距離，單位:英寸(inch);縱坐標(biāo)表示靶材的腐蝕深度。請參閱圖6，采用上述實施例提供的磁控管可以基本實現(xiàn)全靶腐蝕，從而提高了靶材的利用率，降低了生產(chǎn)成本。本實施例提供的磁控濺射設(shè)備由于采用本實施例提供的磁控管，使得位于內(nèi)磁極和外磁極之間的第一通道和第二通道的長度變短以及寬度增加，即減少了等離子體路徑的長度并增加了路徑的寬度，從而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓，這不僅可以提高刻蝕速率，而且可以提高薄膜的致密性和均勻性，從而可以提高集成電路的性能。另外，由于內(nèi)磁極和外磁極呈螺旋狀，可以實現(xiàn)全靶腐蝕，從而可以提高靶材的利用率，進而可以降低生產(chǎn)成本。可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁控管，包括內(nèi)磁極以及與其極性相反的外磁極，所述內(nèi)磁極和所述外磁極在垂直于其軸線的截面上的形狀為螺旋形，所述內(nèi)磁極和所述外磁極相互不接觸地嵌套在一起，從而在所述內(nèi)磁極和所述外磁極之間形成螺旋形通道，其特征在于，所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部和外端部之間的夾角以及所述外磁極的內(nèi)端部和外端部之間的夾角均小于或等于720°，所述螺旋形通道包括第一通道和第二通道，而且，所述第一通道和第二通道的內(nèi)端不連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁控管，其特征在于，所述內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極本體和設(shè)置在所述內(nèi)磁極本體上的多個磁鐵，所述磁鐵由所述內(nèi)磁極本體內(nèi)端部至外端部排列設(shè)置；所述外磁極包括外磁極本體和設(shè)置在所述外磁極本體上的多個磁鐵，所述磁鐵由所述外磁極本體的內(nèi)端部至外端部排列設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述磁控管，其特征在于，設(shè)置在所述內(nèi)磁極本體上的所述磁鐵在所述內(nèi)磁極本體的內(nèi)端部至外端部均勻分布；設(shè)置在所述外磁極本體上的所述磁鐵在所述外磁極本體的內(nèi)端部至外端部均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述磁控管，其特征在于，所述磁鐵為柱狀的磁鐵，所述磁鐵鑲嵌在所述內(nèi)磁極本體和所述外磁極本體內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述磁控管，其特征在于，所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部與所述外磁極之間的距離遠小于所述螺旋形通道的間距；所述外磁極的內(nèi)端部與所述內(nèi)磁極之間的距離遠小于所述螺旋形通道的間距；而且，所述內(nèi)磁極的外端部與所述外磁極的外端部均為開放的自由端，以使所述第一通道和第二通道形成非閉合的通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述磁控管，其特征在于，所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部與所述外磁極之間的距離遠小于所述螺旋形通道的間距；所述外磁極的內(nèi)端部與所述內(nèi)磁極之間的距離遠小于所述螺旋形通道的間距，而且，所述內(nèi)磁極的外端部為開放的自由端，所述外磁極的外端部閉合，以使所述第一通道的外端和第二通道的外端連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述磁控管，其特征在于，所述內(nèi)磁極與所述外磁極內(nèi)端部對應(yīng)的區(qū)域朝向所述外磁極突出，所述外磁極與所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部對應(yīng)的區(qū)域朝向所述內(nèi)磁極突出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述磁控管，其特征在于，所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部與所述外磁極的最短距離為2 5mm,所述外磁極的內(nèi)端部與所述內(nèi)磁極的最短距離為2 5mm。
9.一種磁控濺射設(shè)備，包括反應(yīng)腔室、靶材、磁控管以及驅(qū)動所述磁控管轉(zhuǎn)動的驅(qū)動部件，所述靶材設(shè)置在所述反應(yīng)腔室的頂端，所述磁控管設(shè)置在所述靶材的上方，在所述驅(qū)動部件的驅(qū)動下所述磁控管在所述靶材的表面旋轉(zhuǎn)掃描，其特征在于，所述磁控管采用權(quán)利要求1-8任意一項所述的磁控管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述磁控管的旋轉(zhuǎn)中心為所述磁控管的對稱中心。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述磁控管的旋轉(zhuǎn)中心偏離所述磁控管的對稱中心。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁控管以及磁控濺射設(shè)備，所述磁控管包括內(nèi)磁極以及與其極性相反的外磁極，所述內(nèi)磁極和所述外磁極在垂直于其軸線的截面上的形狀為螺旋形，所述內(nèi)磁極和所述外磁極相互不接觸地嵌套在一起，從而在所述內(nèi)磁極和所述外磁極之間形成螺旋形的第一通道和第二通道，所述內(nèi)磁極的內(nèi)端部和外端部之間的夾角以及所述外磁極的內(nèi)端部和外端部之間的夾角均小于或等于720°，而且，所述第一通道和第二通道的內(nèi)端不連通。該磁控管可以縮短等離子體路徑的長度和增加路徑的寬度，從而可以降低啟輝和維持等離子體的濺射氣壓，進而可以提高薄膜的致密性和均勻性以及靶材的利用率。
文檔編號H01J37/34GK103177916SQ20111043032
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者宗令蓓, 耿波 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司