專利名稱：具有增加的使用壽命的磁控管源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種在真空環(huán)境中在襯底上淀積材料的設(shè)備。
背景技術(shù)：
物理汽相淀積(PVD)是一種從靶來濺射材料并將濺射的材料淀積在襯底上的工藝。濺射靶和襯底位于可以填充有諸如氬氣、氮氣或氧氣的低壓氣體的真空容器中。在物理汽相淀積(PVD)中使用磁控管，以通過在磁場中俘獲有能量的電子并因此增加電子的路徑長度來減少工作的真空壓力和偏置電壓。增長的電子路徑提高了在真空室中將氣體原子離子化的幾率，并因而提高了等離子體密度。典型地，磁控管設(shè)置在濺射靶之后。
磁控管可以包括一片或多片磁體，每個磁體包括兩個相反的磁極。在真空室內(nèi)，可以通過在磁體的兩個相反磁極之間的磁場來俘獲電子，并在靶表面附近形成等離子體氣體。對電子的吸引力和與靶表面平行的磁場的切線分量成比例。磁場的切線分量在磁體的兩極之間的中點附近達到其最大值。由此，在磁體的相反兩極之間的中部區(qū)域的附近，較多的電子被俘獲并形成了較高密度的等離子體。因而，在磁體的相反兩極之間的中部區(qū)域濺射去除較多的靶材料，導(dǎo)致靶材料從濺射靶的不均勻去除。
圖1示出了圓形磁控管(雖然磁控管也可以是其它形狀)110在靶100中的侵蝕圖案。在靶100的上表面上方發(fā)生濺射。磁控管110設(shè)置在靶100的背表面之后。磁控管110包括相反極性的兩個磁極在中心的圓形磁極120和在靶100邊緣附近的圓形磁極130。磁場線115為所示的弧形，跨在兩個磁極120和130之間。在重復(fù)的濺射操作之后，靶材料的不均勻去除在兩個磁極之間形成了侵蝕槽140。
即使當在靶中還剩有大量的靶材料時，不均勻的侵蝕也會引起靶的不可用?？s短的靶壽命帶來了材料浪費和較高的維持成本。為了處理不均勻侵蝕的問題，一些磁控管的設(shè)計利用磁軌跡的形狀來優(yōu)化侵蝕剖面。因為這些設(shè)計仍然容易遺留下靶表面上沒有磁軌跡的大的區(qū)域，所以通過這些設(shè)計的改進受到了限制。因而，需要進一步減少PVD系統(tǒng)的濺射靶中的侵蝕不均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本系統(tǒng)的實施可以包括以下的一個或多個方面。一方面，本發(fā)明涉及一種用于在真空淀積系統(tǒng)中、在濺射靶附近產(chǎn)生磁場的磁控管源，包括順序設(shè)置的第一磁極性的第一組單個磁體和順序設(shè)置的與第一磁極性相反的第二磁極性的第二組單個磁體。第一組磁體和第二組磁體如此地配置，使得可以在第一組磁體和第二組磁體之間的區(qū)域中、在濺射靶的濺射表面附近俘獲電子。
另一方面，本發(fā)明涉及一種用于在真空淀積系統(tǒng)中濺射靶的濺射表面附近產(chǎn)生磁場的方法，包括將順序設(shè)置的第一磁極性的第一組單個磁體設(shè)置在與濺射靶的濺射表面相對的濺射靶表面附近，將順序設(shè)置的與第一磁極性相反的第二磁極性的第二組單個磁體設(shè)置在與濺射靶的濺射表面相對的濺射靶表面附近，在第一組磁體和第二組磁體之間的區(qū)域中、在濺射靶的濺射表面附近俘獲電子，以及從濺射靶濺射靶材料。
實施例可以包括以下的一個或多個優(yōu)點。所公開的磁控管源改進了靶材料的利用，特別是靜態(tài)磁控管。所公開的磁控管源可以通過提高侵蝕圖案的均勻性而延長濺射靶的使用壽命，這樣降低了用于靶材料的成本。對于在淀積期間相對于濺射靶為靜態(tài)的磁控管源而言，使用壽命的增加特別重要。
另一方面，所公開的磁控管源提供了重新設(shè)置濺射源的電子路徑或針對不同靶的靈活性。磁控管設(shè)計可以通過在整個靶表面的上方設(shè)置單個磁體來優(yōu)化，使得可以通過改變對應(yīng)的單個磁體來調(diào)整靶表面任何一點上的侵蝕。單個磁體的再次分布可以使得從靶去除材料變得均勻，并還可以根據(jù)不同材料來優(yōu)化濺射圖案。改進了濺射的均勻性和效率。還降低了設(shè)備的成本，其中在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中需要不同的靶。
又一方面，所公開的磁控管提高了離子化的效率并增加了等離子體密度。這可以減少工作壓力并降低工作電壓，產(chǎn)生較好的等離子體穩(wěn)定性、較高的淀積效率以及在等離子體中成弧的較少機會。
在附圖和以下的描述中，闡明了一個或多個實施例的細節(jié)。通過說明書和附圖以及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)勢將變得顯而易見。


圖1圖示了在典型的現(xiàn)有技術(shù)的磁控管源中的侵蝕軌跡。
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的磁控管源的布局。
圖2B是圖2A中磁控管源的透視圖。
圖2C示出了圖2A中所示的磁控管源的電子的路徑。
圖3A圖示了包括附連到圖2A的磁體的鐵磁磁盤的磁控管源300。
圖3A圖示了可以附連到圖2A的磁體的鐵磁磁盤。
圖3B是包括附連到圖2A的磁體的圖3A的鐵磁磁盤的磁控管源300的透視圖。
圖4A圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的矩形磁控管源中的單個磁體的布局。
圖4B是圖4A的矩形磁控管源的透視圖。
具體實施例方式
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的磁控管源200的布局。磁控管源200包括多個單個磁體210A、210B和220A、220B、220C。磁體210A、210B和磁體220A、220B、220C具有相反的極性。例如，磁體210A、210B可以是南極，而磁體220A、220B、220C可以是北極。磁體210A、210B和220A、220B、220C可以采用圓盤或多邊形板的形式。
與到磁體220A、220B、220C的距離相比，磁體210A、210B典型地以更近的彼此間距離順序地設(shè)置成組。類似地，與到磁體210的距離相比，磁體220A、220B、220C典型地以更近的彼此間距離設(shè)置成組。在圖2A中所示的示例中，磁體210A、210B分布成環(huán)210A和通向中心的相近地橫向設(shè)置的分支210B。磁體220A、220B、220C形成了通過線性排列的磁體220C而橋接的外部環(huán)220A和內(nèi)部環(huán)220B。圖2B示出了磁控管源200的透視圖。
磁體210A、210B和磁體220A、220B、220C在每個組中的位置足夠接近，以形成連續(xù)的路徑，沿著該路徑磁場的切向分量達到其最大值。這樣，在兩組單個磁體之間的區(qū)域中俘獲了更多的電子。圖2C圖示了磁控管源200中的電子的路徑250。沿著由相反極性的磁體210A、210B和磁體220A、220B、220C形成的勢壘之間的磁場的軌跡，產(chǎn)生了電子路徑250。電子可以從靶表面來回撞擊(bounce)并沿著路徑250穿行，直到它們損失了它們大多數(shù)的動能。所示路徑250形成了閉環(huán)，以允許電子沿著路徑250連續(xù)地移動。避免了磁軌跡或電子路徑250中的突然結(jié)束，從而防止了電子或等離子體的損失。
本發(fā)明的磁控管源200的優(yōu)勢在于，單個磁體的數(shù)目、單個磁體之間的間距、單個磁體分布的環(huán)的數(shù)目、單個磁體的尺寸以及在兩個極性的磁體組之間的間距都可以容易地進行優(yōu)化，以最大化靶的利用，提高淀積均勻性并提高等離子體的可靠性。如圖2A中所示，磁體210A和220B可以在線的末端包括較大的磁體，以在涉及較大開口區(qū)域的末端區(qū)域增強磁場力。另外，通過改變附近的對應(yīng)磁體，可以調(diào)整在靶的任何一點的磁場強度以及由此所產(chǎn)生的侵蝕深度。這顯著地提高了磁控管設(shè)計中的靈活性。
此外，還可以針對不同類型的靶材料在磁控管源200中優(yōu)化上述的各種參數(shù)，以適應(yīng)濺射產(chǎn)量、濺射的材料在達到襯底前與氣體原子的散射、以及濺射角度分布中的不同。例如，當改變?yōu)R射靶的材料時，可以使用同一磁控管源200來重新設(shè)置單個磁體，這樣可以顯著地降低設(shè)備的開發(fā)成本。
為了優(yōu)化侵蝕深度并最大化靶的使用，可以如此分布單個磁體210A、210B和220A、220B、220C，使得形成長的電子路徑250并覆蓋盡可能多的靶表面?？梢栽诖朋w210A、210B和220A、220B、220C的分布中包括更多的環(huán)。能夠更為均勻地濺射較大的靶表面區(qū)域，特別對于靜態(tài)磁控管而言這是高度期望的。另外，還可以降低工作的真空壓力和偏置電壓。此外，可以沿著電子路徑250略微改變磁場軌跡的寬度，這樣可以進一步地使侵蝕圖案均勻，并利用靶表面之上的所有的可用區(qū)域。
在另一實施例中，可以將鐵磁材料附連到一組相同極性的磁體，以減少磁場的變化。圖3A示出兩片連續(xù)的鐵磁盤310和320，將它們成形以分別覆蓋磁體210A、210B和磁體220A、220B、220C。圖3B是磁控管源300的透視圖，該磁控管源300包括分別附連到單個磁體210A、210B和單個磁體220A、220B、220C的鐵磁盤310和320。鐵磁材料的例子可以包括400系列的不銹鋼，Mu金屬等。
在另一實施例中，在真空淀積期間，磁控管源200和300可以相對于濺射靶保持靜態(tài)，或者可安裝在可以相對于濺射靶旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)盤上?？梢躁P(guān)于旋轉(zhuǎn)參數(shù)來優(yōu)化單個磁體的分布，以進一步減少靶中的不均勻侵蝕。
本發(fā)明的磁控管源可以以除圓形以外的形狀來形成，如矩形、多邊形或不規(guī)則的形狀。圖4A和圖4B示出了成矩形的磁控管源400的頂視圖和透視圖。磁控管源400包括具有矩形(例如，正方形)外部邊界的兩組單個磁體410和420。分布磁體410和420，以將其順序設(shè)置成水平行和豎直列，在兩個相反極性的組之間形成了閉環(huán)的磁軌跡。類似于前面的描述，可以優(yōu)化在單個磁體410和420之間的數(shù)目、尺寸、磁場強度和間距，來最小化侵蝕圖案。
在另一實施例中，在靶的壽命期間，可以在不同配置之間移動單個磁體的分布，以進一步均勻靶中剩余的不均勻侵蝕部分。例如，磁軌跡可以在先前配置中用來設(shè)置磁體的區(qū)域的上方以新的配置移動。因而，可以獲得在靶上濺射過少的區(qū)域中的材料濺射。
權(quán)利要求
1.一種用于在真空淀積系統(tǒng)中的濺射靶附近產(chǎn)生磁場的磁控管源，包括順序設(shè)置的第一磁極性的第一組單個磁體；以及順序設(shè)置的與所述第一磁極性相反的第二磁極性的第二組單個磁體；其中所述第一組磁體和所述第二組磁體如此地配置，使得可以在所述第一組磁體和所述第二組磁體之間的區(qū)域中、在所述濺射靶的濺射表面附近俘獲電子。
2.如權(quán)利要求1的磁控管源，其中所述第一組磁體和所述第二組磁體設(shè)置成鄰近于與所述濺射表面相對的所述濺射靶的表面。
3.如權(quán)利要求1的磁控管源，其中所述第一組磁體或所述第二組磁體包括不同大小或不同磁場強度的磁體。
4.如權(quán)利要求1的磁控管源，其中所述第一組磁體包括沿著至少圓的一部分分布的磁體序列。
5.如權(quán)利要求1的磁控管源，其中與所述第一組中的平均尺寸或平均磁場強度相比，在所述第一組中的單個磁體的序列末端的磁體包括較大尺寸或較高磁場強度。
6.如權(quán)利要求1的磁控管源，其中在第一組中的所述磁體之間的平均距離小于在所述第一組中的磁體和所述第二組中的磁體之間的平均距離。
7.如權(quán)利要求1的磁控管源，其中在所述第一組磁體和所述第二組磁體之間的區(qū)域形成用于所述俘獲的電子的閉環(huán)路徑。
8.如權(quán)利要求7的磁控管源，其中用于所述俘獲的電子的所述閉環(huán)路徑基本上達到所述靶的整個濺射表面。
9.如權(quán)利要求1的磁控管源，其中當從所述濺射靶濺射靶材料時，所述第一組磁體相對于所述濺射靶為靜態(tài)。
10.如權(quán)利要求1的磁控管源，其中當從所述濺射靶濺射靶材料時，可以相對于所述濺射靶通過傳輸裝置來移動所述第一組磁體和所述第二組磁體。
11.如權(quán)利要求1的磁控管源，其中所述第一組磁體和所述第二組磁體包括基本上為圓形的外部邊界或基本上為矩形的外部邊界。
12.如權(quán)利要求1的磁控管源，進一步包括鐵磁材料，其被配置成附連到所述第一組和/或所述第二組中的多個磁體的末端。
13.如權(quán)利要求12的磁控管源，其中所述鐵磁材料包括一個或多個的鐵磁不銹鋼和Mu金屬。
14.一種用于在真空淀積系統(tǒng)中的濺射靶的濺射表面附近產(chǎn)生磁場的方法，包括將順序設(shè)置的第一磁極性的第一組單個磁體設(shè)置在與所述濺射靶的濺射表面相對的所述濺射靶的表面附近；將順序設(shè)置的與所述第一磁極性相反的第二磁極性的第二組單個磁體設(shè)置在所述與所述濺射靶的濺射表面相對的所述濺射靶的表面附近；在所述第一組磁體和所述第二組磁體之間的區(qū)域中、在所述濺射靶的濺射表面附近俘獲電子；以及從所述濺射靶濺射靶材料。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中順序設(shè)置的所述第一組磁體或順序設(shè)置的所述第二組磁體包括不同大小、不同形狀或不同磁場強度的磁體。
16.如權(quán)利要求14的方法，進一步包括沿著至少圓的一部分、在所述第一組磁體中順序地設(shè)置多個磁體。
17.如權(quán)利要求14的方法，進一步包括將末端磁體設(shè)置在所述第一組中的單個磁體的序列的末端，其中與所述第一組中的磁體的平均尺寸或平均磁場強度相比，所述末端磁體包括較大尺寸或較高磁場強度。
18.如權(quán)利要求14的方法，其中在第一組中的所述磁體之間的平均距離小于在所述第一組中的磁體和所述第二組中的磁體之間的平均距離。
19.如權(quán)利要求14的方法，進一步包括在所述第一組磁體和所述第二組磁體之間的區(qū)域中形成用于所述俘獲的電子的閉環(huán)路徑。
20.如權(quán)利要求14的方法，進一步包括將鐵磁材料附連到所述第一組中的多個磁體的末端。
全文摘要
一種用于在真空淀積系統(tǒng)中的濺射靶附近產(chǎn)生磁場的磁控管源，包括順序設(shè)置的第一磁極性的第一組單個磁體和順序設(shè)置的與第一磁極性相反的第二磁極性的第二組單個磁體。第一組磁體和第二組磁體如此地配置，使得可以在第一組磁體和第二組磁體之間的區(qū)域中、在濺射靶的濺射表面附近俘獲電子。
文檔編號C23C14/54GK1978697SQ20061013666
公開日2007年6月13日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月11日
發(fā)明者郭信生 申請人:亞升技術(shù)公司