磁控管和半导体设备制造技术

本发明专利技术公开了一种磁控管和半导体设备。该磁控管包括：磁轭、内磁极、外磁极、内磁极件和外磁极件，内磁极和外磁极设置于磁轭之上，外磁极围绕于内磁极的周围，内磁极件设置于内磁极之上，外磁极件设置于外磁极之上，所述内磁极件的磁力线发射面和所述外磁极件的磁力线发射面均为坡面。本发明专利技术中内磁极件的磁力线发射面和外磁极件的磁力线发射面均为坡面，提高了磁力线包络边缘区域的磁场强度水平分量值，使该边缘区域对应的靶材的腐蚀深度变深，以及降低了磁力线包络中心区域的磁场强度水平分量值使该中心区域对应的靶材的腐蚀深度变浅，进而提高靶材上腐蚀区域的宽度和降低腐蚀区域的深度，且提高了靶材的利用率和靶材上腐蚀区域的均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子
，特别涉及一种磁控管和半导体设备。
技术介绍
在半导体集成电路制造过程中，溅射技术(或称物理气相沉积PVD技术)被用于沉积多种不同的金属层及相关材料层。由于铜具有较低的电阻率以及较低的电子迁移率等优势，因此金属的垂直互连一般以铜互连为主，其中，互连是将金属材料溅射沉积至具有适当深宽比的通孔。图I为一种垂直互连结构的局部剖面图，如图I所示，该垂直互连结构包括下方介电层I、导电层2、上方介电层3、阻挡层5和铜籽晶层6。下方介电层I包括导电层2，且导电层2的上表面与下方介电层I的上表面位于同一水平面；上方介电层3沉积于导电层2和下方介电层I之上；在位于导电层2上方的上方介电层3上刻蚀出通孔4，通孔 4内形成有铜籽晶层6，通过铜籽晶层6形成铜层7。为避免金属铜与上方介电层3之间发生扩散作用而使上方介电层3导电，在上方介电层3和铜籽晶层6之间设置阻挡层5，同时阻挡层5可以避免出现金属铜导致上方介电层3的阻抗降低的问题。其中，下方介电层I 的材料通常为二氧化硅或者硅酸盐玻璃等。目前，主流的溅射技术为磁控溅射技术，该技术具有快速的沉积速率和较高的沉积均匀性，采用该技术可将铜以及阻挡层材料均匀的沉积在通孔的侧边和底部，如上述图I 中所示。磁控溅射技术的特点是在靶材的背部排布了一系列磁体，该一系列磁体组成磁控管(Magnetron)。图2为磁控管的剖面示意图，图3为图2中磁控管的俯视图，如图2和图 3所示,磁控管包括磁轭(magnetic yoke) 12、设置于磁轭12上的内磁极13和外磁极14、设置于内磁极13上的内磁极件15和设置于外磁极14上的外磁极件16,外磁极14围绕于内磁极13的周围。磁控管放置于靶材11的背面，磁控管可提供穿过靶材11的磁场，在靶材 11面向真空腔室(图中未示出)的一面形成磁场分布。溅射时电源会施加偏压至靶材11， 使靶材11相对于接地的真空腔体成为负压，从而产生电场。电子在电场的作用下飞向基片 (基片位于真空腔室内，图中未示出)，电子在飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，产生带正电的氩离子和一个新的电子。在电场的作用下，新的电子飞向基片，而氩离子加速飞向靶材11，并以高能量轰击靶材11，使靶材11发生溅射。在溅射出来的粒子中，中性靶原子或分子落在基片上沉积薄膜，而电子在靶材11表面磁场的作用下会沿着磁力线17做螺旋运动。电子在磁场作用下沿磁力线17做螺旋运动过程中，磁场强度水平分量将电子束缚在靶材11的表面，延长了电子在靶材11表面的运动轨迹，从而使电子不断与氩原子发生碰撞产生氩离子，提高了电子对氩原子的电离几率，使氩离子的浓度提高，从而增加了氩离子对靶材的溅射速率。图4为图2中靶材的腐蚀示意图，如图4所示，在磁控管的N极和S极之间的中心区域氩离子浓度最高，因此中心区域处溅射速率最大，而磁控管的N极和S极之间的边缘区域氩离子浓度最低，因此边缘区域溅射速率最小，在其他区域没有发生溅射(其他区域是由于氩离子浓度低于临界值而无法形成有效的溅射)。溅射速率越大的区域腐蚀越深。如图4中靶材11上的腐蚀区域所示，氩离子浓度越高的区域溅射速率越大，则靶材11上相应位置腐蚀深度也越大，反之亦然。随着腐蚀的加深，靶材的表面下降，更强的磁力线露出靶材表面，氩离子的浓度进一步地升高，导致靶材上的腐蚀区域的形状呈现出了如图4 所示的倒高斯分布。图2中的磁控管采用内磁极件15来固定内磁极13，采用外磁极件16来固定外磁极14。从图2可以看出，内磁极件15和外磁极件16的磁力线发射面(即靠近靶材11的一面)为平面。如图2所示，磁力线17垂直的从内磁极件15和外磁极件16的磁力线发射面穿出并穿过靶材11。在靶材11表面，磁力线17包络边缘区域的磁场强度水平分量值较小， 因此该边缘区域将电子束缚在靶材11表面的能力较弱，导致产生的氩离子浓度较低，从而使磁力线17包络边缘区域对应的靶材的腐蚀深度较小；磁力线17包络中心区域的磁场强度水平分量值较大，因此该中心区域将电子束缚在靶材11表面的能力较强，导致产生的氩离子浓度较高，从而使磁力线17包络中心区域对应的靶材的腐蚀深度较大。综上所述，磁控管采用上表面为平面的内磁极件和外磁极件，产生的磁力线包络边缘区域的磁场强度水平分量值较小而中心区域的磁场强度水平分量值较大，使该边缘区域对应的靶材的腐蚀深度较小而中心区域对应的靶材的腐蚀深度较大，导致靶材上的腐蚀区域的宽度较窄、深度较深，从而降低了靶材的利用率和靶材上腐蚀区域的均匀性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磁控管和半导体设备，用以提高靶材的利用率和靶材上腐蚀区域的均匀性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种磁控管，包括磁轭、内磁极、外磁极、内磁极件和外磁极件，所述内磁极和所述外磁极设置于所述磁轭之上，所述外磁极围绕于所述内磁极的周围，所述内磁极件设置于所述内磁极之上，所述外磁极件设置于所述外磁极之上， 所述内磁极件的磁力线发射面和所述外磁极件的磁力线发射面均为坡面进一步地，所述内磁极件的磁力线发射面为平坡面或者弧坡面。进一步地，若所述内磁极件的磁力线发射面为平坡面时，所述内磁极件的形状为锥体、带有内陷锥体形状的柱状体或者纵截面为直角三角形的柱状体。进一步地，若所述内磁极件的磁力线发射面为弧坡面时，所述内磁极件的形状为半球体、带有内陷半球体形状的柱状体或者带有内陷四分之一球体形状的柱状体。进一步地，所述外磁极件的磁力线发射面为平坡面或者弧坡面。进一步地，若所述外磁极件的磁力线发射面为平坡面时，所述外磁极件的形状为纵截面为直角三角形的环状体、纵截面为带有内陷三角形形状的方形的环状体或者纵截面为等腰三角形的环状体。进一步地，若所述外磁极件的磁力线发射面为弧坡面时，所述外磁极件的形状为纵截面为半圆形的环状体、纵截面为带有内陷半圆形形状的环状体或者纵截面为带有内陷四分之一圆形形状的环状体。进一步地，所述内磁极件的磁力线发射面的凸出部设置有倒角。进一步地，所述外磁极件的磁力线发射面的凸出部设置有倒角。进一步地，所述内磁极包括第一磁铁组件，所述第一磁铁组件的顶部设置有第一安装部件，所述第一磁铁组件的底部设置有第二安装部件，所述内磁极件上开设有与所述第一安装部件匹配的第一安装孔，所述磁轭上开设有与所述第二安装部件匹配的第二安装孔；所述第一安装部件安装于所述第一安装孔内，以使所述第一磁铁组件固定于所述内磁极之上；所述第二安装部件安装于所述第二安装孔内，以使所述内磁极固定于所述磁轭之上。进一步地，所述外磁极包括第二磁铁组件，所述第二磁铁组件的顶部设置有第三安装部件，所述第二磁铁组件的底部设置有第四安装部件，所述外磁极件上开设有与所述第三安装部件匹配的第三安装孔，所述磁轭上开设有与所述第四安装部件匹配的第四安装孔；所述第三安装部件安装于所述第三安装孔内，以使所述外磁极件设置于所述第二磁铁组件之上；所述第四安装部件安装于所述第四安装孔内，以使所述第二磁铁组件设置于所述磁轭之上。进一步地，所述第三安装孔为通孔，所述第四安装孔为通孔。进一步地，所述磁控管还包括固定部件；所述内磁极件上设置有第一固定孔，所述磁轭上设置有第二固定孔；所述固定部件，用于通过所述第一固定孔和所述第二固定孔将所述内磁极固定于所述内磁极件和所述磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿波，李杨超，张阳，武学伟，丁培军，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：