一种磁控元件和磁控溅射装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种磁控元件和磁控溅射装置。该磁控元件包括闭合磁极和开路磁极，闭合磁极包围开路磁极，闭合磁极和开路磁极之间形成的磁场能使溅射沉积薄膜的均匀性小于5％。该磁控元件通过设置闭合磁极和开路磁极，能适用于RF/DC PVD技术，通过调节闭合磁极和开路磁极之间形成的等离子体路径的形状与分布，能在全工艺压力范围下使溅射沉积薄膜满足设定的均匀性要求，从而大大提高了沉积薄膜的均匀性；该磁控元件适用的磁控溅射系统以及适用的薄膜沉积材料都比较广泛，并且，该磁控元件还能提高靶材的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种磁控元件和磁控溅射装置
本专利技术涉及半导体器件制备
，具体地，涉及一种磁控元件和磁控溅射装置。
技术介绍
磁控溅射或溅射(Sputtering)沉积技术是物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)的一种，是半导体工业中最广为使用的一类薄膜制造技术，泛指采用物理方法制备薄膜的薄膜制备工艺。物理气相沉积技术可应用于很多工艺领域，如铜互连线技术、封装领域中的硅穿孔(ThroughSiliconVia,TSV)技术等等。典型的PVD装置包括高真空工艺腔、被溅射的靶材和磁控管，为了提高溅射效率，磁控管放置在靶材背面，磁控管包括极性相反的磁铁，极性相反的磁铁在临近其的靶材表面产生磁场。为了达到均匀溅射的目的，磁控管通过电机带动，在靶材表面均匀扫描。如现有技术所示的一种由第一开路磁极122、第二开路磁极120、第三开路磁极132、第四开路磁极134组成磁控管，如图1所示。虽然其可以在一定程度上提高靶材寿命和薄膜均匀性，但是在使用中，发现以下问题：其一，因为该磁控管仅由开路磁极组成，各个开路磁极之间没有构成闭合的等离子体路径，所以只有在靶材电源为射频(RF)电源，即靶材加载射频功率的情况下，才可以进行溅射。而在靶材电源为直流(DC)电源，即靶材加载直流功率时，非闭合的等离子体路径会导致电子的逃逸现象，使其无法电离出等离子体，不能维持溅射。其二，RFPVD技术(即靶材电源为射频(RF)电源，靶材加载射频功率)下，等离子体密度在靶材中心区域的分布相对其在靶材边缘区域的分布要高。并且，这种差异会随着工艺压力的升高而增大。而该磁控管的形状决定了其在靶材边缘区域的磁场分布较多，可以提高该处的等离子体密度。从而在较高的工艺压力(如通入工艺腔室内的气体压力大于5毫托)下，缩小了等离子体密度在靶材中心区域和靶材边缘区域的分布差异，提高了等离子体密度分布的均匀性，从而提高薄膜均匀性。但是，在较低的工艺压力(如通入工艺腔室内的气体压力小于5毫托)下，等离子体密度在靶材中心区域和靶材边缘区域的分布差异并不明显，此时再提高靶材边缘区域的等离子体密度，则会加大等离子体密度在靶材中心区域和靶材边缘区域的分布差异，反而降低了等离子体密度分布的均匀性和薄膜均匀性。目前，因为RF/DCPVD技术(即靶材电源为射频(RF)电源和直流(DC)电源，靶材同时加载射频功率和直流功率)可以实现高离子离化率工艺以得到更好的台阶覆盖率，使其得到了越来越广泛的应用。因此，急需设计一种能够在RF/DCPVD技术下，适用于全工艺压力范围，且可以均匀沉积薄膜的磁控管。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种磁控元件和磁控溅射装置。该磁控元件通过设置闭合磁极和开路磁极，使等离子体路径在闭合磁极内整体呈闭合状态，可以适用于RF/DCPVD技术。同时，通过调节闭合磁极和开路磁极之间形成的等离子体路径的形状与分布，可以在全工艺压力范围下，缩小等离子体密度在靶材中心区域和靶材边缘区域的分布差异，能使溅射沉积薄膜满足设定的均匀性要求，从而大大提高了沉积薄膜的均匀性；同时可以使得该磁控元件适用的磁控溅射系统以及适用的薄膜沉积材料都比较广泛。本专利技术提供一种磁控元件，包括闭合磁极和开路磁极，所述闭合磁极包围所述开路磁极，所述闭合磁极和所述开路磁极之间形成的磁场能使溅射沉积薄膜的均匀性小于5％。优选地，所述开路磁极包括第一磁极，所述第一磁极呈弧形，所述闭合磁极与所述第一磁极相互间隔且极性相反，所述磁控元件的旋转中心位于所述第一磁极包围的区域中。优选地，所述闭合磁极的形状为相同曲率半径的闭合曲线或不同曲率半径的闭合曲线。优选地，所述第一磁极的形状为相同曲率半径的开路曲线或不同曲率半径的开路曲线。优选地，所述第一磁极与所述闭合磁极之间的间距为等间距或变间距。优选地，所述开路磁极还包括第二磁极和第三磁极，所述第二磁极设置在所述第一磁极围成的区域中，所述第三磁极设置在所述第一磁极的开口区域；所述第二磁极和所述第三磁极相互间隔且极性相反。优选地，所述第二磁极的形状为曲线或直线，所述第三磁极的形状为曲线或直线；所述第三磁极沿从所述旋转中心到所述闭合磁极的方向延伸，所述第二磁极的延伸方向与所述第三磁极的延伸方向不同。本专利技术还提供一种磁控溅射装置，包括上述磁控元件。优选地，还包括靶材，所述靶材上用于施加射频电源，或者射频电源和直流电源，或者直流电源；所述磁控元件的旋转中心与所述靶材的中心对应重合。优选地，所述磁控溅射装置用于溅射沉积金属薄膜、非金属薄膜、磁性薄膜或非磁性薄膜。本专利技术的有益效果：本专利技术所提供的磁控元件，通过设置闭合磁极和开路磁极，使等离子体路径在闭合磁极内整体呈闭合状态，可以适用于RF/DCPVD技术。同时，通过调节闭合磁极和开路磁极之间形成的等离子体路径的形状与分布，可以在全工艺压力范围下，缩小等离子体密度在靶材中心区域和靶材边缘区域的分布差异，能使溅射沉积薄膜满足设定的均匀性要求，从而大大提高了沉积薄膜的均匀性；同时可以使得该磁控元件适用的磁控溅射系统以及适用的薄膜沉积材料都比较广泛；并且，该磁控元件还能提高靶材的利用率。本专利技术所提供的磁控溅射装置，通过采用上述磁控元件，提高了该磁控溅射装置溅射沉积薄膜的均匀性，同时还提高了靶材的利用率。附图说明图1为现有技术中磁控管的结构俯视图；图2为本专利技术实施例1中磁控元件的结构俯视图；图3为本专利技术实施例2中磁控元件的结构俯视图；图4为本专利技术实施例3中磁控元件的结构俯视图；图5为本专利技术实施例4中磁控溅射装置的结构示意图。其中的附图标记说明：1.闭合磁极；2.开路磁极；3.等离子体路径；P.旋转中心；21.第一磁极；22.第二磁极；23.第三磁极；4.磁控元件；5.靶材；6.射频电源；7.直流电源；122.第一开路磁极；120.第二开路磁极；132.第三开路磁极；134.第四开路磁极。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术所提供的一种磁控元件和磁控溅射装置作进一步详细描述。实施例1：本实施例提供一种磁控元件，如图2所示，包括闭合磁极1和开路磁极，闭合磁极1包围开路磁极，闭合磁极1和开路磁极之间形成的磁场能使溅射沉积薄膜的均匀性小于5％。该磁控元件的闭合磁极1与开路磁极之间形成的等离子体路径3在闭合磁极1内整体呈闭合状态，可以适用于RF/DCPVD技术(即靶材电源为射频(RF)电源和直流(DC)电源，靶材同时加载射频功率和直流功率)。其中，射频能量使得电子振动电离形成等离子体，能够维持等离子体溅射，直流电源在磁控溅射系统中能够增加等离子体碰撞靶材的能量。当然，因为该磁控元件由闭合磁极1与开路磁极组合而成，从而也可以适用于RFPVD技术或者DCPVD技术。RFPVD技术(即靶材电源为射频(RF)电源，靶材仅加载射频功率)下，闭合磁极1和开路磁极共同作用，DCPVD技术(即靶材电源为直流(DC)电源，靶仅材加载直流功率)下，闭合磁极1作用。同时，通过调节闭合磁极1和开路磁极之间形成的等离子体路径3的形状与分布，可以在全工艺压力范围下，缩小等离子体密度在靶材中心区域和靶材边缘区域的分布差异，能使溅射沉积薄膜满足设定的均匀性要求，从而大大提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁控元件，其特征在于，包括闭合磁极和开路磁极，所述闭合磁极包围所述开路磁极，所述闭合磁极和所述开路磁极之间形成的磁场能使溅射沉积薄膜的均匀性小于5％。

【技术特征摘要】
1.一种磁控元件，其特征在于，包括闭合磁极和开路磁极，所述闭合磁极包围所述开路磁极，所述闭合磁极和所述开路磁极之间形成的磁场能使溅射沉积薄膜的均匀性小于5％。2.根据权利要求1所述的磁控元件，其特征在于，所述开路磁极包括第一磁极，所述第一磁极呈弧形，所述闭合磁极与所述第一磁极相互间隔且极性相反，所述磁控元件的旋转中心位于所述第一磁极包围的区域中。3.根据权利要求1所述的磁控元件，其特征在于，所述闭合磁极的形状为相同曲率半径的闭合曲线或不同曲率半径的闭合曲线。4.根据权利要求2所述的磁控元件，其特征在于，所述第一磁极的形状为相同曲率半径的开路曲线或不同曲率半径的开路曲线。5.根据权利要求2所述的磁控元件，其特征在于，所述第一磁极与所述闭合磁极之间的间距为等间距或变间距。6.根据权利要求2所述的磁控元件，其特征在于，所述开路磁极还包括第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉杰，郭万国，王厚工，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11