磁控濺射腔室及磁控濺射設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種磁控濺射腔室及磁控濺射設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導體工業(yè)中，磁控濺射沉積技術(shù)作為制造薄膜的重要手段之一，被廣泛應(yīng)用在銅互連線技術(shù)、封裝領(lǐng)域中的硅穿孔技術(shù)等的工藝領(lǐng)域中。在實際應(yīng)用中，通常需要采用較高的腔室壓力進行濺射沉積工藝，以獲得低應(yīng)力的薄膜，從而避免因薄膜應(yīng)力過高而對基片產(chǎn)生不良影響。然而，較高的腔室壓力會導致自靶材濺射出的粒子的自由程減小，造成沉積在基片邊緣區(qū)域上的粒子數(shù)量較少，從而使獲得的薄膜厚度的均勻性較差。
[0003]圖1為現(xiàn)有的磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，磁控濺射設(shè)備包括磁控濺射腔室10、磁控管12、電機14和濺射電源(圖中未示出)。其中，在磁控濺射腔室10的頂部設(shè)置有靶材11，濺射電源與靶材11電連接；在磁控濺射腔室10的內(nèi)部，且位于靶材11的下方設(shè)置有基座13，用以承載基片；磁控管12設(shè)置在靶材11的上方，電機14用于驅(qū)動磁控管12繞中心軸旋轉(zhuǎn)。在磁控濺射過程中，濺射電源向靶材11輸出濺射功率，以使在磁控濺射腔室10內(nèi)形成的等離子體刻蝕靶材11，自靶材11濺射出的粒子沉積在基片上，并形成工藝所需的薄膜；與此同時，磁控管12在電機14的驅(qū)動下對整個靶材11表面進行掃描，由磁控管12產(chǎn)生的磁場可以提高等離子體的密度，從而可以提高濺射的效率和靶材11的利用率。
[0004]對于標準PVD(Physical Vapor Deposit1n)腔室,這種腔室屬于祀基間距在30?80mm之間的短程腔室，且因需要獲得低應(yīng)力的薄膜而往往采用較高的腔室壓力，而較高的腔室壓力會導致沉積在基片邊緣區(qū)域上的粒子數(shù)量少于中心區(qū)域，從而造成薄膜厚度不均勻。在這種情況下，僅憑磁控管12改善薄膜厚度的均勻性的效果是有限的，從而無法滿足對薄膜厚度的均勻性要求較高的工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種磁控濺射腔室及磁控濺射設(shè)備，其可以在能夠獲得低應(yīng)力的薄膜的前提下，提高薄膜厚度的均勻性。
[0006]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種磁控濺射腔室，包括設(shè)置在其頂部的靶材、設(shè)置在所述靶材上方的磁控管以及設(shè)置在其內(nèi)且位于靶材下方的基座，還包括承載件和環(huán)形磁體組件，其中所述承載件用于承載所述環(huán)形磁體組件，并使所述環(huán)形磁體組件與所述磁控濺射腔室內(nèi)的等離子體隔離；所述環(huán)形磁體組件環(huán)繞在所述靶材的外圍，且位于靠近所述靶材的位置處，用以在進行濺射沉積工藝時，產(chǎn)生可提高所述靶材邊緣區(qū)域的磁場強度的輔助磁場。
[0007]其中，所述環(huán)形磁體組件包括永磁鐵和磁軛環(huán)，其中，所述承載件采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，其環(huán)繞在所述靶材的外圍，且位于靠近所述靶材的位置處，并且在所述承載件的上表面上設(shè)置有沿其周向間隔設(shè)置的多個凹槽；所述永磁鐵的數(shù)量與所述凹槽的數(shù)量相對應(yīng)，且一一對應(yīng)地設(shè)置在所述凹槽內(nèi)；所述磁軛環(huán)采用導磁材料制作，其設(shè)置在所述永磁鐵的頂面上，且所述磁軛環(huán)的內(nèi)徑與由所述永磁鐵組成的環(huán)形內(nèi)徑相對應(yīng)，并且各個永磁鐵與所述磁軛環(huán)連接。
[0008]優(yōu)選的，通過使各個永磁鐵的磁極與所述磁控管的磁極同向或反向、相鄰兩個凹槽之間的中心距、所述凹槽的數(shù)量和/或調(diào)節(jié)各個永磁鐵的磁極與所述磁控管的磁極之間的夾角，來調(diào)節(jié)所述輔助磁場在所述磁控濺射腔室內(nèi)的磁場分布和磁場強度。
[0009]優(yōu)選的，所述磁軛環(huán)的頂端不低于所述靶材的下表面，并且通過調(diào)節(jié)所述磁軛環(huán)的頂端與所述靶材的下表面之間的高度差，來調(diào)節(jié)所述輔助磁場在所述磁控濺射腔室內(nèi)的磁場分布和磁場強度。
[0010]優(yōu)選的，通過調(diào)節(jié)由所述永磁鐵組成的環(huán)形磁體的半徑與所述靶材下表面的半徑之差，來調(diào)節(jié)所述輔助磁場在所述磁控濺射腔室內(nèi)的磁場分布和磁場強度。
[0011]優(yōu)選的，由所述永磁鐵組成的環(huán)形磁體的半徑與所述靶材下表面的半徑之差為5 ?10mm0
[0012]優(yōu)選的，由所述永磁鐵組成的環(huán)形磁體的半徑與所述靶材下表面的半徑之差為8 ?50mmo
[0013]優(yōu)選的，在所述承載件內(nèi)，且環(huán)繞在所述凹槽的內(nèi)側(cè)或外側(cè)設(shè)置有冷卻通道；通過向所述冷卻通道內(nèi)通入冷卻水或冷卻氣體來冷卻置于所述凹槽內(nèi)的永磁鐵。
[0014]優(yōu)選的，所述環(huán)形磁體組件包括線圈和直流電源，其中，所述承載件包括環(huán)形隔離部，所述環(huán)形隔離部環(huán)繞在所述靶材的外圍，且位于靠近所述靶材的位置處；所述線圈環(huán)繞所述環(huán)形隔離部的外側(cè)設(shè)置；所述直流電源用于向所述線圈提供直流電，以使所述線圈產(chǎn)生可提高所述靶材邊緣區(qū)域的磁場強度的輔助磁場。
[0015]優(yōu)選的，通過改變所述線圈的繞向、所述直流電流在所述線圈內(nèi)的流向和大小、所述線圈中的各匝線圈之間的間距和/或所述線圈的匝數(shù)，來調(diào)節(jié)所述輔助磁場在所述磁控派射腔室內(nèi)的磁場分布和磁場強度。
[0016]優(yōu)選的，所述線圈的頂端不低于所述靶材的下表面，并且通過調(diào)節(jié)所述線圈的頂端與所述靶材的下表面之間的高度差，來調(diào)節(jié)所述輔助磁場在所述磁控濺射腔室內(nèi)的磁場分布和磁場強度。
[0017]優(yōu)選的，通過調(diào)節(jié)所述線圈纏繞形成的環(huán)形磁體的半徑與所述靶材下表面的半徑之差，來調(diào)節(jié)所述輔助磁場在所述磁控濺射腔室內(nèi)的磁場分布和磁場強度。
[0018]優(yōu)選的，所述線圈纏繞形成的環(huán)形磁體的半徑與所述靶材下表面的半徑之差為5 ?10Omnin
[0019]優(yōu)選的，所述線圈纏繞形成的環(huán)形磁體的半徑與所述靶材下表面的半徑之差為8 ?50mmo
[0020]優(yōu)選的，所述承載件還包括環(huán)形連接部，所述環(huán)形連接部環(huán)繞所述線圈的內(nèi)側(cè)或外側(cè)設(shè)置，并且在所述環(huán)形連接部內(nèi)設(shè)置有冷卻管道；通過向所述冷卻管道內(nèi)通入冷卻水或冷卻氣體來冷卻所述線圈。
[0021]優(yōu)選的，在進行濺射沉積工藝時，所述磁控濺射腔室的腔室壓力為I?30mT。
[0022]優(yōu)選的，在進行濺射沉積工藝時，所述磁控濺射腔室的腔室壓力為5?15mT。
[0023]優(yōu)選的，所述靶材下表面與所述基座上表面之間的豎直間距為30?80mm。
[0024]優(yōu)選的，所述靶材的材料包括金屬、金屬氮化物或金屬氧化物。
[0025]優(yōu)選的，所述靶材的材料包括TiN。
[0026]作為另一個技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種磁控濺射設(shè)備，其包括磁控濺射腔室，所述磁控濺射腔室采用了本發(fā)明提供的上述磁控濺射腔室。
[0027]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0028]本發(fā)明提供的磁控濺射腔室，其通過在靶材的外圍，且位于靠近該靶材的位置處環(huán)繞設(shè)置環(huán)形磁體組件，可以在進行濺射沉積工藝時，產(chǎn)生可提高靶材邊緣區(qū)域的磁場強度的輔助磁場，從而可以增加自靶材邊緣區(qū)域濺射出粒子的數(shù)量，且減少自靶材中心區(qū)域濺射出的粒子數(shù)量，進而可以提高基片邊緣區(qū)域的薄膜厚度，減小基片中心區(qū)域的薄膜厚度。因此，本發(fā)明提供的磁控濺射腔室不僅可以借助磁控管來調(diào)節(jié)在磁控濺射腔室內(nèi)形成的磁場的分布和強度，而且還可以借助環(huán)形磁體組件起到輔助調(diào)節(jié)的作用，以使等離子體的分布趨于均勻，從而可以改善薄膜厚度的均勻性。尤其對于較高的腔室壓力(大于5mT)和較小的靶基間距(30?80mm)的標準PVD腔室，通過分別適當?shù)卣{(diào)節(jié)該輔助磁場以及由磁控管產(chǎn)生的磁場的分布和強度，來調(diào)節(jié)由二者相互作用而在磁控濺射腔室內(nèi)產(chǎn)生的磁場的分布和強度，可以使基片邊緣區(qū)域的薄膜厚度與中心區(qū)域的薄膜厚度趨于均勻，從而可以在能夠獲得低應(yīng)力的薄膜的前提下，提高薄膜厚度的均勻性。此外，借助環(huán)形磁體組件，還可以更靈活地調(diào)節(jié)磁控濺射腔室內(nèi)產(chǎn)生的磁場的分布和強度，從而可以提高磁控濺射設(shè)備的控制靈活性。
[0029]本發(fā)明提供的磁控濺射設(shè)備，其通過采用本發(fā)明提供的上述磁控濺射腔室，不僅可以提高控制靈活性，而且還可以在能夠獲得低應(yīng)力的薄膜的前提下，提高薄膜厚度的均勻性。
【附圖說明】
[0030]圖1為現(xiàn)有的磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明第一實施例提供的磁控濺射腔室的剖視圖；
[0032]圖3為本發(fā)明第一實施例提供的磁控濺射腔室的環(huán)形磁體組件的局部剖視圖；
[0033]圖4為本發(fā)明第一實施例提供的磁控濺射腔室的環(huán)形磁體組件的立體分解圖；
[0034]圖5A為采用本發(fā)明第一實施例提供的磁控濺射腔室進行工藝獲得的薄膜各個區(qū)域的方塊電阻與采用現(xiàn)有技術(shù)的磁控濺射腔室進行工藝獲得的薄膜各個區(qū)域的方塊電阻的對比圖；
[0035]圖5B為采用本發(fā)明第一實施例提供的磁控濺射腔室進行工藝獲得的薄膜各個區(qū)域的厚度與采用現(xiàn)有技術(shù)的磁控濺射腔室進行工藝獲得的薄膜各個區(qū)域的厚度的對比圖；以及
[0036]圖6為本發(fā)明第二實施例提供的磁控濺射腔室的剖視圖。
【具體實施方式】
[0037]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)合附圖來對