溅射装置及其电极和该电极的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种溅射装置及其电极和该电极的制造方法。该电极为旋转式磁控管套磁控管型（ＲＭＩＭ）电极。ＲＭＩＭ电极包括：磁体单元，包括位于中央的柱形磁体和多个围绕柱形磁体的环形磁体；以及驱动单元，支承和离轴旋转磁体单元。在磁体单元中，相邻磁体有相反的磁化方向，具有小直径的环形磁体位于具有大直径的环形磁体内侧。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及旋转式磁控管套磁控管型(rotation-magnetron-in-magnetron)(RMIM)电极，制造RMIM电极的方法，和使用RMIM电极的溅射装置，特别涉及，磁控溅射方法中适用于制备高集成密度和低线宽的(半导体器件)技术和大尺寸晶片加工的RMIM电极，制造该RMIM电极的方法，和具有RMIM电极的溅射装置。
技术介绍
物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)通常用于制造具有精细厚度的薄膜。在CVD方法中，具有预定特征的薄膜通过化学反应获得。另一方面，在PVD方法中，薄膜通过将能量施加于预定材料上，使得预定材料可以具有动能，然后沉积到晶片上来形成。总的来说，有两种不同的CVD方法即溅射和蒸镀。在蒸镀方法中，固体或液体被加热，因此可以被分成分子或原子，随后分子或原子被冷凝到晶片表面上。蒸镀装置已被广泛应用于制造半导体器件，因为其结构简单，并且可被应用于不同材料。溅射是一种将薄膜沉积到晶片上的方法，其中，具有高能量的粒子与由所需材料形成的靶相撞，使材料从靶射出，沉积到晶片上。溅射可用于形成在大面积上具有相对均匀厚度的薄膜，并在形成合金薄膜时，比其他沉积方法易于控制薄膜的成分比。因此，溅射已被广泛应用于半导体器件的制造，比如DRAM、SRAM、NVM、LOGIC和其它电子器件。现有多种溅射方法，包括双极溅射方法和磁控管溅射方法，它们都被广泛使用。射频(RF)或直流(DC)双极溅射方法是简单的，然而需要很长时间形成层，在层的形成过程中，温度的增加，层的破坏，或成分分离可能发生。为了解决双极溅射方法的缺点，开发了磁控管溅射方法(magnetron sputtering method)。磁控管溅射方法是一种生成高密度等离子体的方法，将平行磁场施加到靶的表面，于是在靠近阴极(即靶)的地方捕获电子。与双极溅射方法中不同，在磁控管溅射方法中，可以高速沉积层，并通过控制二次电子阻止晶片温度的增加。而且，在磁控管溅射方法中，低压高密度等离子体环境可以利用磁场在反应器中产生，于是通过促使溅射粒子直线行进来使得溅射粒子可高效沉积在具有阶梯差的区域，台阶覆盖性可得以提高。图1是描述现有磁控管溅射装置的示意图。参考图1，晶片17安装在晶片支架19上，晶片支架19位于真空室21中，靶11面对晶片支架19设置。在磁控管溅射装置中，磁体15布置在靶11后面的旋转盘29上，于是在预定方向产生磁场线(magnetic field line)。另外，在真空室21外部提供了电源27，因此电压可以提供到靶11上的电极13上。在旋转盘29的一端提供了配重(balance weight)16，用于平衡磁体15的重量，因此旋转盘29可以平衡旋转。如果真空室21维持在预定的真空度，一种惰性气体，比如氩，被加到真空室21内，随后由于施加到电极13的负电压，发生放电。放电的结果，由电离气体分子、中性分子和电子组成的等离子体在真空室21中产生，电离气体分子的移动速度通过负电压加速，因此他们最后与靶11碰撞。靶11表面的原子，通过气体分子的碰撞获得动能，从靶11发射出，发射出的原子以薄膜的形式沉积在晶片17上。沉积的薄膜的厚度依赖于施加到电极13上的电压、真空室21的真空度和沉积薄膜所用的时间。但是，在磁控管溅射方法中，很难有效控制带电粒子的运动，特别是反应器中的二次电子，其是影响磁控管溅射方法的性能的关键因素。在水平磁场集中在特定区域的情况下，靶11被不规则地刻蚀，于是靶11的粒子沉积在晶片17上而具有不规则的厚度。另外，现有的使用磁控管阴极的磁控管溅射装置难于满足制造具有低线宽的高度集成器件和处理大尺寸晶片的不断提高的需要。移动磁体型磁控管溅射方法被认为在薄膜均匀方面优于其他的磁控管溅射方法。图2至4是描述现有移动磁体型磁控管阴极的示意图。特别是，图2描述了自由式磁控管阴极，图3描述了准直管沉积系统式磁控管阴极，图4描述了自电离等离子体式单一移动磁控管阴极。这些磁控管阴极技术在处理低线宽(0.14μm或更小)和大的长径比(5∶1或更大)时是无效的，因为其导致不对称沉积的薄膜、下降的薄膜均匀性、以及伴随着靶的局部刻蚀的靶材料的无效使用。在本领域中已经付出了艰苦努力，以改善传统阴极，并且因而通过改进部件而不是阴极，比如准直管和长射程喷射机(long throw sputter)来增强靶粒子直线行进的趋势。
技术实现思路
本专利技术提供了一种溅射装置，其通过优化磁控管溅射方法中反应器内的等离子体环境而适用于提供高集成密度和低线宽的半导体器件技术、以及处理大尺寸晶片的工艺。根据本专利技术的一个方面，提供一种RMIM电极。该RMIM电极包括一个磁体单元，其包括一个位于中央的柱(cylinder)形磁体和多个围绕该柱形磁体的环形磁体；以及一个驱动单元，其支承和离轴旋转(off-axis-rotating)该磁体单元。在磁体单元中，相邻磁体有相反的磁化方向，且小直径的环形磁体放置在大直径的环形磁体内。更优选地，驱动单元包括一个支承磁体单元的非磁性旋转盘和一个旋转轴，该旋转轴连接到非磁性旋转盘的中心并离轴旋转非磁性旋转盘。更优选地，磁体具有不对称形状。更优选地，磁体彼此不共享同一个中心。更优选地，RMIM电极进一步包括设置在非磁性旋转盘表面，并在非磁性旋转盘旋转时使非磁性旋转盘保持平衡的配重。更优选地，在磁体单元中设置两个环形磁体。更优选地，在磁体单元中设置超过两个的环形磁体。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造RMIM电极的方法。方法包括(a)通过将一柱形磁体置于基础(basic)RMIM电极的中心，并布置多个环形磁体，以使小直径环形磁体置于大直径环形磁体内部，从而该柱形磁体被多个环形磁体包围，来形成一个基础RMIM电极；(b)通过离轴旋转基础RMIM电极，推断水平磁场分量集中的位置；以及(c)通过改变磁体的形状和排列，优化基础RMIM电极，使得水平磁场分量可均匀分布。优选地，步骤(a)中，相邻磁体有相反的磁化方向。优选地，步骤(b)中，磁体固定在非磁性旋转盘上，然后离轴旋转。优选地，步骤(b)包括制造溅射装置，该装置包括基础RMIM电极、位于基础RMIM电极上方的靶、以及其上将要沉积靶材料的晶片；通过离轴旋转该基础RMIM电极，在靶上进行溅射；计算溅射过程中靶的每一部分被蚀刻的深度分布；并根据靶的深度分布推断水平磁场分量集中的位置。根据本专利技术的再一个方面，提供一种溅射装置。该溅射装置包括第一电子单元，在其上安装晶片；第二电子单元，其下提供有由沉积在晶片上的预定材料形成的靶；一个磁体单元，位于第二电极单元后面，并包括一个位于磁体单元中心的柱形磁体和围绕该柱形磁体的多个环形磁体；以及一个驱动单元，其支承和离轴旋转磁体单元。在磁体单元中，相邻磁体有相反的磁化方向，且小直径环形磁体位于大直径环形磁体内部。更优选地，驱动单元包括一个支承磁体单元的非磁性旋转盘、以及连接到非磁性旋转盘的中心并离轴旋转该非磁性旋转盘的旋转轴。更优选地，磁体具有不对称形状。更优选地，磁体彼此不共享同一个中心。更优选地，溅射装置进一步包括设置在非磁性旋转盘表面、并在非磁性旋转盘旋转时使非磁性旋转盘保持平衡的配重。更优选地，在磁体单元内提供两个环形磁体。更优选地，在磁体单元提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转式磁控管套磁控管型（ＲＭＩＭ）电极，包括：磁体单元，其包括位于中央的柱形磁体和多个围绕柱形磁体的环形磁体；以及驱动单元，其支承和离轴旋转磁体单元，其中，在磁体单元中，相邻磁体有相反的磁化方向，且具有小直径的环形磁体位于具 有大直径的环形磁体内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2002-3-14 13938/021.一种旋转式磁控管套磁控管型(RMIM)电极，包括磁体单元，其包括位于中央的柱形磁体和多个围绕柱形磁体的环形磁体；以及驱动单元，其支承和离轴旋转磁体单元，其中，在磁体单元中，相邻磁体有相反的磁化方向，且具有小直径的环形磁体位于具有大直径的环形磁体内。2.根据权利要求1所述的RMIM电极，其中，驱动单元包括非磁性旋转盘，其支承磁体单元；以及旋转轴，其连接到非磁性旋转盘的中心，并离轴旋转非磁性旋转盘。3.根据权利要求1所述的RMIM电极，其中，磁体具有非对称形状。4.根据权利要求1所述的RMIM电极，其中，磁体彼此不共享同一个中心。5.根据权利要求2所述的RMIM电极，还包括设置在非磁性旋转盘表面，并在非磁性旋转盘旋转的过程中使非磁性旋转盘保持平衡的配重。6.根据权利要求1所述的RMIM电极，其中，在磁体单元中设置两个环形磁体。7.根据权利要求1所述的RMIM电极，其中，在磁体单元中设置超过两个的环形磁体。8.一种制造RMIM电极的方法，包括(a)通过将一柱形磁体置于基础RMIM电极的中心，并布置多个环形磁体，使得具有小直径的环形磁体置于具有大直径的环形磁体内，从而柱形磁体可被多个环形磁体围绕，来形成一个基础RMIM电极；(b)通过离轴旋转基础RMIM电极，推断水平磁场分量集中的位置；以及(c)通过改变磁体的形状和布置来优化基础RMIM电极，使得水平磁场分量可均匀分布。9.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤(a)...

【专利技术属性】
技术研发人员：申在光，金圣九，朴荣奎，严显镒，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]