平面磁控管制造技术

在一个阳极和一个平面放置的靶之间，在第一方向上，提供一电场。提供一磁场，使其磁力线在第二个方向，所述第二方向基本垂直于所述第一方向。磁结构可以由永磁体和由可磁化的极靴形成，这些永磁体在水平方向径向伸展，象车轮的轮辐那样，这些可磁化的极靴从垂直于轮辐的相对端垂直伸展。这些永磁体和这些极靴形成一个井。将靶放置在该井中，以使它的平面放置方向与磁力线方向一致。惰性气体分子流过所述井。井中的电子在第三方向运动，此方向基本垂直于所述第一和所述第二方向。电子电离所述惰性气体分子。离子被吸引到所述靶并从所述靶表面溅射出原子。溅射原子沉积在基片上。在所述井中的反射体，靠近磁结构的径向的外壁，在一个实施例中，它靠近磁结构的径向的内壁，以阻止电子碰撞永磁体。所述反射体和所述阳极被流体（如，水）冷却。现有技术可从靶上溅射出约３５％的材料沉积在基片上，与其相比，本发明专利技术的磁控管从靶上溅射出多达６５％的材料沉积在基片上。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于在基片上沉积材料的设备和方法。更具体地，本专利技术关于从靶上溅射出原子以沉积在基片上的设备和方法。与现有技术设备中的靶相比，本专利技术从靶上溅射出来的材料的百分比相当高。
技术介绍
集成电路芯片由多个层形成。其中的一些层可以是电绝缘的，而另一些层可以是导电的。这些层的每一层可以通过磁控管沉积一种预选的材料的原子到基片上形成。预选材料可以从一个由预选材料制成的靶上获得，靶被放置在一个空腔中。空腔中提供电场和磁场，空腔中的电子响应混合电场和磁场(combination of the electrical and magnetic fields)而将导入空腔的惰性气体分子电离。具有足够能量的气体离子被吸引到靶上，以从靶的表面溅射出原子，溅射原子(sputtered atom)沉积在基片上。为了获得从靶上溅射原子的最佳效率，磁力线应该刚好在靶的上面延伸通过靶，并与磁场中的靶的放置方向基本相同。这在现有磁控管技术中还不存在。因此，在现有技术的磁控管中，只有百分之三十五(35％)的材料被从靶上溅射出来。靶很贵，在现有技术中，仅有近百分之三十五(35％)的靶的材料从靶中溅射出来，对于一个用靶在基片上沉积材料层的机构来说，这意味着很高的成本。此外，建立一个磁控管以在基片的表面上沉积一层来自靶的材料很耗时，因此成本也高。因此急需提供一种磁控管，在该磁控管中，可以基本将靶上的所有材料溅射到基片的表面上。
技术实现思路
在一个阳极和一个平面放置(flat disposition)的靶之间，在第一方向提供一个电场。一个磁结构(magnet structure)提供一个磁场，以使磁力线在第二个方向，此第二方向基本与第一方向垂直。磁结构可以由永磁体和由可磁化的极靴(pole piece)形成，这些永磁体在水平方向径向伸展，象车轮的轮辐那样，这些可磁化的极靴从垂直于水平放置的永磁体的相对端垂直伸展。水平永磁体和垂直可磁化壁(wall)形成一个井(well)。靶放置在井中，其平面放置方向与磁力线的方向一致。惰性气体分子流过井。井中的电子在基本垂直于第一和第二个方向的第三个方向上运动。电子将气体分子电离。离子被吸引到所述靶上并从靶表面溅射出原子。溅射原子(sputtered atom)沉积在基片上。井中的反射体(reflector)靠近磁结构的径向可磁化外壁，并且在一个实施例中，也可以靠近磁结构的径向可磁化内壁，这些反射体可以阻止电子撞击磁结构。此(这些)反射体和阳极用流体(例如，水)冷却。现有技术中，只能从靶上溅射出近35％的材料到基片上，与其相比，本专利技术的磁控管可以从靶上溅射出将近65％的材料到基片上。附图说明图1示意性显示现有技术的磁控管产生磁场的部分，此磁场与电场(未显示)组合，用于从靶上溅射出原子，并沉积在基片的表面上；图2示意性显示现有技术的另一个磁控管，用于从靶表面溅射出原子，并沉积在基片的表面上；图3示意性显示靶的一部分的正视图，该靶包括在图2显示的磁控管中，并且该靶处于从其表面溅射出原子之前的原始形态；图4示意性显示图3所示的靶的一部分的正视图，此靶处于已经有最大量的原子从其表面溅射出来后的状态，溅射是由图2所示的现有技术中的磁控管进行的；图5是靶的立体图，此靶被用于构成本专利技术的一个磁控管的优选实施例中；图6是图5所示的靶的一部分的截面图，其基本是沿图5所示的线6-6截取的； 图7是类似于图6中所示的截面图，此图显示了靶的一部分，此靶处于已经有最大量的原子溅射出来后的状态，溅射是在构成本专利技术的磁控管的优选实施例中进行的；图8显示靶、阳极和在构成本专利技术的磁控管的优选实施例中，在阳极与靶之间产生的电场(以虚线表示)的示意正视图，并且图5-7中也有显示；图9是阳极，靶和磁结构的示意正视图，在本专利技术的优选实施例中，靶被放置在该磁结构中；图10是类似于图9所示的示意正视图，此图显示磁场中的磁力线，该磁场由磁结构产生，该磁结构包括在构成本专利技术的磁控管的一个优选实施例中；图11是图10所示的磁结构和该磁结构的支撑的立体图；图12是阳极，靶和磁结构的示意正视图，并且还显示反射体，该反射体用于阻止带电粒子到达该磁结构，另外本图还显示用于冷却阳极和反射体的元件，本图也显示将气体分子引入由磁结构形成的井中的路径；图13更详细地显示冷却系统的立体图，该系统用于冷却反射体中的一个反射体、靶和阳极，如图12所示。具体实施例方式图1显示现有技术的磁控管的实施例中一部分的简化要素，用10表示。现有技术的实施例10包括一个靶12，此靶由要溅射到基片16的表面14上的材料制成。集成电路在基片16上形成，它是通过从不同的靶，例如靶12，溅射出来的材料沉积在基片16的表面上形成的连续材料(如钛，铜或硅)层。多个磁体18，20和22彼此间隔放置，并与靶12相邻。磁体18，20和22分别有北极和南极，并且北极与靶12相邻。这样，磁力线24(图示中的虚线)在磁体18和20之间延伸，磁力线26(图示中的虚线)在磁体20和22之间延伸，磁力线24和26在一个方向上相交于靶12，此方向有一个主要分量(major component)垂直于靶12。磁力线的分量垂直于靶，对从靶12上溅射原子没有促进作用，因为它们与电场(没有显示)在同一个方向。平行于靶12的磁力线24的分量，对从靶12上溅射出原子沉积到基片16上有促进作用。图2显示现有技术中磁控管的另一个实施例中的简化的要素，用30表示，现有技术的磁控管30可以包括一对靶32和34，它们可以与接地屏蔽物35隔开。每个靶32和34可以有一个适合的结构，例如中空的截头圆锥体结构。靶32可以比靶34更近地与接近的屏蔽物35间隔开，并可以放置在与靶34相同的轴上。靶32的半径可以比靶34的更大。靶32和靶34可以由要沉积在基片36的表面35上的沉积层材料制成。例如，当要将铜层沉积在基片36的表面35a上时，靶32和靶34可以由铜制成。阳极39与靶34间隔开放置，优选与靶32和靶34是同轴关系。在阳极39与靶32和靶34之间产生一个空腔37。在阳极39与靶32和靶34之间产生一个正的电压差，就象从电压源38产生的电压差一样。在阳极39与靶32和靶34之间的此电压差产生一个电场。此电场使电子在空腔37中产生，该空腔由阳极36与靶32和靶34形成。磁体40可相对于靶32和靶34放置，以使产生的磁场基本与在阳极36与靶32和靶34之间的电场垂直。惰性气体如氩气的分子，在如42处引入空腔37，该空腔中存在电场和磁场。在空腔37中，这些分子被电子电离。由于电子在空腔中沿螺旋状路径运动，因此促进了氩气分子电离，电子以螺旋状路径运动是由于磁场和电场之间的切割(transverse)关系，因而增加了电子碰撞和电离气体分子的趋势。氩气的正离子行进到靶32和靶34上，使原子从靶的表面被溅射出来。这些原子运动到基片36暴露的表面35a上，并沉积在该表面上。如将看到的示意性示于图2中的44，在图2中，磁力线从靶32和靶34中通过。磁力线44横切靶32的表面32a和靶34的表面34a。表面32a和表面34a是靶32和靶34上的原子被溅射出来的表面。磁力线44与表面32a和表面34a之间的横切关系限制了电子产生氩离子的速率，同时限制了氩离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提供溅射原子以沉积到基片上的设备，所述设备包括：一个靶；一个阳极，其电势相对于所述靶的电势为正，以在所述靶和所述阳极之间，在第一方向，产生一电场；以及一个磁结构，其相对于所述阳极和所述靶放置，以在第二方向产生 一磁场，所述第二方向基本与所述第一方向垂直；所述靶被放置在基本与所述磁场的方向一致的方向上。

【技术特征摘要】
US 2001-9-7 09/949,1811.一种用于提供溅射原子以沉积到基片上的设备，所述设备包括一个靶；一个阳极，其电势相对于所述靶的电势为正，以在所述靶和所述阳极之间，在第一方向，产生一电场；以及一个磁结构，其相对于所述阳极和所述靶放置，以在第二方向产生一磁场，所述第二方向基本与所述第一方向垂直；所述靶被放置在基本与所述磁场的方向一致的方向上。2.如权利要求1所述的设备，其中所述磁结构形成一个空腔，并且其中电子在第三方向上，在所述空腔中运动，所述第三方向基本垂直于所述第一方向和第二方向，并且其中惰性气体的分子被引入到所述空腔中，以由所述电子将其在所述空腔中电离，并且所述离子运动到所述靶，以从所述靶的表面溅射出原子，从而使溅射原子运动到基片。3.如权利要求2所述的设备，其中所述磁结构与所述阳极和所述靶一起形成所述空腔。4.如权利要求3所述的设备，其中一个反射体与所述磁结构间隔开放置在所述空腔中，以阻止所述电子从所述空腔中逃逸。5.如权利要求1所述的设备，其包括一个反射体，其相对于所述磁结构放置在所述空腔中，并且其具有相对于所述靶的电势的一个电势，用于反射电子以阻止所述电子到达所述磁结构。6.如权利要求2所述的设备，其中所述磁结构与所述阳极和所述靶一起形成所述空腔，并且其中一个反射体相对于所述磁结构被放置在所述空腔中，并且其具有相对于所述靶的电势的一个电势，用于阻止电子从空腔中逃逸。7.一种用于提供溅射原子以沉积在基片上的设备，其包括一个靶；一个阳极，其与所述靶隔开一定距离，并且其与所述靶形成一个空腔，并且其与所述靶一起，在第一方向，在所述靶和所述阳极之间，形成一个电场；以及一个磁结构，其相对于所述阳极和所述靶放置，以在第二方向提供磁力线，所述第二方向基本垂直于所述第一方向；所述靶相对于所述磁结构放置，以提供所述磁力线的通路，所述磁力线穿过所述靶，并在所述靶上方附近，这些磁力线与所述靶是平面关系。8.如权利要求7所述的设备，其包括所述磁结构有永磁体，所述永磁体有相对的两端，并且有第一极靴和第二极靴，所述极靴分别从所述永磁体的相对端，在横切所述永磁体的方向上伸展，以形成一个井，并且所述靶被放在由所述磁结构形成的所述井中。9.如权利要求8所述的设备，其包括所述磁结构的所述极靴，其基本在所述第一方向上伸展；以及所述靶，其基本在所述第二方向，在所述井内伸展。10.如权利要求8所述的设备，其包括所述阳极和所述磁结构，它们形成一个空腔；以及一个导管，其用于将气体分子引入所述空腔，以在空腔中将所述气体分子电离。11.如权利要求9所述的设备，其包括一个反射体，其被放在所述井内，以阻止电子从所述井(空腔)中逸出，所述井由所述磁结构形成。12.如权利要求9所述的设备，其包括所述阳极和所述磁结构，它们形成一个空腔；一个导管，其用于将气体分子引入所述空腔，以在所述空腔中将所述气体分子电离；以及一个反射体，其被放在所述空腔中，其与所述磁结构的所述第一极靴和第二极靴间隔开，以阻止电子从所述空腔中逸出。13.如权利要求9所述的设备，其包括所述靶和所述反射体，所述反射体的电势相对于所述阳极上的电势为负；以及所述磁结构的所述第一极靴和第二极靴，这些极靴从所述磁结构的所述永磁体伸展，并基本与所述磁结构的所述永磁体垂直。14.用于提供溅射原子以沉积在基片上的设备，其包括一个磁结构，其具有永磁体，所述永磁体具有相对端，并且还具有第一极靴和第二极靴，所述第一极靴和第二极靴分别从所述永磁体的相对端，在横切所述永磁体的方向上伸展，以形成一个井；以及一个靶，其被放在由所述磁结构形成的所述井中。15.如权利要求14所述的设备，其中所述第一极靴和第二极靴具有相反的磁极性，以在所述第一极靴和第二极靴间提供磁通，所述靶以与所述磁通平行的方向被放在所述井中，所述磁通在所述磁结构的所述第一极靴和第二极靴间伸展。16.如权利要求14所述的设备，其中所述磁结构的极靴定义多个永磁轮辐，每个轮辐在所述磁结构的所述第一极靴和所述磁结构的所述第二极靴间，以一定角位置伸展，并且与所述磁结构的所述极靴的其它轮辐的所述角位置间隔开。17.如权利要求14所述的设备，其中由圆柱体限定的所述靶有一个中央开口，所述中央开口的尺寸用于所述磁结构的所述第二极靴伸过所述中央开口；以及所述磁结构的所述第一极靴和第二极靴基本垂直于所述磁结构的这些极靴。18.如权利要求15所述的设备，其中所述磁结构的这些极靴定义多个永磁体轮辐，每个轮辐在所述磁结构的所述第一极靴和所述磁结构的所述第二极靴间，以一定角位置伸展，并且与这些极靴的其它轮辐的所述角位置间隔开；由圆柱体限定的所述靶有一个中央开口，所述中央开口的尺寸用于所述磁结构的所述第二极靴伸过所述中央开口；以及所述磁结构的所述第一极靴和第二极靴基本垂直于所述磁结构的这些极靴。19.一种用于提供溅射原子以沉积在基片上的设备，其包括一个磁结构，其具有极靴，所述极靴有相对的端面，并且所述磁结构具有第一极靴和第二极靴，每组极靴从这些极靴的相对的端面中的一个端面，在横切这些极靴的方向扩展，所述磁结构的所述第一极靴和第二极靴具有相反的磁极性。20.如权利要求19所述的设备，其中所述磁结构形成一个环，所述磁结构的所述第二极靴在所述环的中央形成一个开口，并且所述永磁体在所述第一极靴和第二极靴间，在形成径向轮辐的方向上伸展。21.如权利要求19所述的设备，其中所述磁结构的所述第一极靴和第二极靴从所述磁结构的这些极靴，在基本垂直于所述磁结构的这些极靴的方向上伸展。22.如权利要求19所述的设备，其中所述磁结构的所述第一极靴定义一个具有第一直径的环面，并且所述磁结构的所述第二极靴定义一个具有第二直径的另一个环面，所述第二直径比所述第一直径小，并且在所述第二环面上有间隔开的位置。23.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：PJ克拉克，
申请(专利权)人：溅射薄膜有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]