磁控管及磁控溅射设备制造技术

本实用新型专利技术提供的磁控管，包括极性相反的内磁极和外磁极，外磁极包围内磁极设置，且内磁极和外磁极之间具有间隙，并且，在内磁极的延伸方向上不同位置处至旋转中心的距离不同。在本实用新型专利技术中，对内磁极的分部半径进行调整，使内磁极不同分部至旋转中心的距离不同，如此设置，即便在高气压且射频与直流同时溅射时，也能够实现全靶腐蚀，避免靶材腐蚀不均匀的现象产生。本实用新型专利技术还提供了一种磁控溅射设备。

Magnetron and magnetron sputtering equipment

【技术实现步骤摘要】
磁控管及磁控溅射设备
本技术属于半导体制造
，具体涉及一种磁控管及磁控溅射设备。
技术介绍
在集成电路制造工艺中，物理气相沉积(PVD)方式由于薄膜一致性，均匀性更优且工艺窗口更宽，能实现深宽比较高的通孔填充等工艺，被广泛用于沉积许多种不同的金属层、硬掩膜等相关材料层。传统的PVD溅射设备在制备TiN时采用DC溅射，溅射气压为低气压(0.1～10mTorr)，对制程颗粒的控制要求较低，且薄膜多为压应力，密度较低，因此对磁控管和工艺方法的要求也相对较低。但在14nm的制程中，需要实现高密度、低张应力、更严格的颗粒污染控制的TiN，不仅需要高气压溅射工艺(30～250mTorr)，更高的工艺温度，更好的磁控管全靶腐蚀效果，且需要应用在RF+DC溅射环境下，因此对磁控管和工艺方法的需求就相对较高。图1为现有技术中一种典型的磁控溅射设备的结构图。该设备包括反应腔体1、真空泵系统2、流量计3、基座4、靶材5、磁控管6以及马达7。其中，真空泵系统2用于对反应腔体1进行抽真空；流量计3连接到反应腔体1的气体源，以控制可供给溅射反应气体的流量；基座4用于承载晶片；靶材5被密封在反应腔体1的上方，在溅射时，DC电源会施加偏压至靶材5，使靶材5的金属原子逸出靶材5表面并沉积在晶片上；磁控管6设置在靶材5的背部，其包括具有相反极性的内外磁极。通过使用磁控管6可大幅度的提高溅射沉积速率，马达7驱动磁控管6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5溅射型态，以实现薄膜沉积的均匀性。图2a为现有技术中提供的一种磁控管的结构示意图；图2b为使用图2a的磁控管时靶材的腐蚀情况示意图。如图2a所示，磁控管包括内磁极11、外磁极12以及二者之间形成的通道13，其中，内磁极11各点到旋转中心的半径基本一致。在低气压DC溅射时，等离子体轰击的区域可以达到内磁极11、外磁极12之间的中心线，磁控管旋转后，基本可实现对靶材的全靶腐蚀，但是在高气压RF+DC溅射时，等离子体溅射区域无法完全达到内磁极11、外磁极12之间的中心线附近，因此，在旋转时在内磁极11所处的圆环上仅有C、E点两处较少的腐蚀区域，而大部分内磁极11所处的区域无法实现腐蚀，造成如图2b中所示的内磁极11所对应的区域存在无法腐蚀的情况。图3a为现有技术中提供的另一种磁控管在沉积工艺位置时的示意图；图3b为现有技术中提供的另一种磁控管在清洗位置时的示意图。磁控管包括主体磁控管14和可运动的部分磁控管15。溅射时，部分磁控管15可在运动机构16的驱动下在沉积工艺位置(如图3a所示)和清洗位置(如图3b所示)之间切换。该磁控管虽然也可应用于RF+DC的溅射环境中，但在DC占主要的情况下，可能会造成等离子体无法束缚，从而引起无法启辉的现象。综上所述，本领域亟需一种磁控管，在高气压且射频与直流同时溅射环境下实现全靶腐蚀的磁控管，同时实现较好的厚度均匀性等性能。
技术实现思路
本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种磁控管及磁控溅射设备。为解决上述问题，本技术提供了一种磁控管，包括极性相反的内磁极和外磁极，所述外磁极包围所述内磁极设置，且所述内磁极和所述外磁极之间具有间隙，其中，所述内磁极环绕旋转中心设置，所述内磁极包括依次连接的多个曲线段，至少一个所述曲线段在所述内磁极的延伸方向上的不同位置处至所述旋转中心的距离不同。其中，所述内磁极和所述外磁极形成的图形包括磁极固定段和磁极活动段，所述磁极活动段与所述磁极固定段可旋转的连接。其中，所述磁控管包括背板，所述背板包括位于相同平面内的固定部和活动部，所述固定部用于固定所述磁极固定段，所述活动部用于固定所述磁极活动段，并且，在所述固定部与所述活动部的连接处设置有旋转轴，所述旋转轴垂直于所述固定部和所述活动部所在的平面。其中，所述磁控管还包括弹性件，所述弹性件的一端连接至所述固定部，所述弹性件的另一端连接至所述活动部的远离所述旋转轴的一端。其中，所述弹性件的弹力满足当所述磁控管的旋转速度介于第一预设速度范围时，所述弹性件处于压缩状态，并且，当所述磁控管的旋转速度介于第二预设速度范围时，所述弹性件处于拉伸状态。其中，所述第一预设速度范围为1rpm/min～5rpm/min；所述第二预设速度范围为60rpm/min～120rpm/min。其中，所述固定部与所述活动部的相对面之间设置有第一限位面和第二限位面，所述第一限位面用于限定所述活动部与所述旋转中心之间的最小距离，所述第二限位面用于限定所述活动部与所述旋转中心之间的最大距离。其中，设置在所述活动部的外磁极的至少部分磁体的尺寸大于所述固定部的外磁极的磁体的尺寸。作为本技术的另一方面，本技术还提供了一种磁控溅射设备，包括靶材、设置于靶材上方的磁控管以及设置于靶材下方的用于承载基片的基座，所述磁控管用于对所述靶材表面进行扫描，其中，所述磁控管采用本技术提供的磁控管。其中，所述磁控溅射设备还包括电源，所述电源用于向所述靶材同时施加直流电流和射频电流。本技术具有以下有益效果：本技术提供的磁控管，包括极性相反的内磁极和外磁极，外磁极包围内磁极设置，且内磁极和外磁极之间具有间隙，并且，内磁极环绕旋转中心设置，内磁极包括依次连接的多个曲线段，至少一个曲线段在内磁极的延伸方向上的不同位置处至旋转中心的距离不同。在本技术中，对内磁极的分部半径进行调整，使至少一个曲线段在内磁极的延伸方向上的不同位置处至旋转中心的距离不同，如此设置，即便在高气压且射频与直流同时溅射时，也能够实现全靶腐蚀，避免靶材腐蚀不均匀的现象产生。本技术提供的磁控溅射设备，包括靶材、设置于靶材上方的磁控管以及设置于靶材下方的用于承载基片的基座，磁控管用于对靶材表面进行扫描，其中，磁控管采用本技术提供的磁控管。由于使用了本技术提供的磁控管，即便在高气压且射频与直流同时溅射时，也能够实现全靶腐蚀，避免靶材腐蚀不均匀的现象产生。附图说明图1为现有技术中一种典型的磁控溅射设备的结构图；图2a为现有技术中提供的一种磁控管的结构示意图；图2b为使用图2a的磁控管时靶材的腐蚀情况示意图；图3a为现有技术中提供的另一种磁控管在沉积工艺位置时的示意图；图3b为现有技术中提供的另一种磁控管在清洗位置时的示意图；图4a为本技术实施例提供的磁控管在清洗位置时的示意图；图4b为本技术实施例提供的磁控管在沉积工艺位置时的示意图；图5为本技术实施例提供的磁控管的磁体排布示意图。其中：1-反应腔体；2-真空泵系统；3-流量计；4-基座；5-靶材；6-磁控管；7-马达；11-内磁极；12-外磁极；13-通道；14-主体磁控管；15-部分磁控管；16-运动机构；20-内磁极；200-内磁极固定段；201-内磁极活动段；21-外磁极；210-外磁极固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁控管，包括极性相反的内磁极和外磁极，所述外磁极包围所述内磁极设置，且所述内磁极和所述外磁极之间具有间隙，其特征在于，/n所述内磁极环绕旋转中心设置，所述内磁极包括依次连接的多个曲线段，至少一个所述曲线段在所述内磁极的延伸方向上的不同位置处至所述旋转中心的距离不同。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁控管，包括极性相反的内磁极和外磁极，所述外磁极包围所述内磁极设置，且所述内磁极和所述外磁极之间具有间隙，其特征在于，
所述内磁极环绕旋转中心设置，所述内磁极包括依次连接的多个曲线段，至少一个所述曲线段在所述内磁极的延伸方向上的不同位置处至所述旋转中心的距离不同。


2.根据权利要求1所述的磁控管，其特征在于，所述内磁极和所述外磁极形成的图形包括磁极固定段和磁极活动段，所述磁极活动段与所述磁极固定段可旋转的连接。


3.根据权利要求2所述的磁控管，其特征在于，所述磁控管包括背板，所述背板包括位于相同平面内的固定部和活动部，所述固定部用于固定所述磁极固定段，所述活动部用于固定所述磁极活动段，并且，在所述固定部与所述活动部的连接处设置有旋转轴，所述旋转轴垂直于所述固定部和所述活动部所在的平面。


4.根据权利要求3所述的磁控管，其特征在于，所述磁控管还包括弹性件，所述弹性件的一端连接至所述固定部，所述弹性件的另一端连接至所述活动部的远离所述旋转轴的一端。


5.根据权利要求4所述的磁控管，其特征在于，所述弹性件的弹力满足当所述磁控管的旋转速度介于第一预设速度范围时...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿波，罗建恒，王磊，杨玉杰，杨帆，陈鑫，寇旭亮，王大男，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：新型
国别省市：北京;11