本申請要求于2014年3月31日提交的美國臨時專利申請第61/973,210號的權益，通過引用將該美國臨時專利申請的主題結合在此。

技術領域

本發(fā)明大體涉及一種沉積系統(tǒng)，且更具體地，涉及一種用于具有多陰極的沉積系統(tǒng)的系統(tǒng)。

背景技術：

已知各種用于移除或建立半導體裝置的材料層的方法。在半導體工業(yè)中經(jīng)常使用物理氣相沉積(PVD)方法。就原理而言，此為等離子體放電法，其中在具有外加電場的兩個電極之間的工藝氣體中產(chǎn)生工藝氣體離子。隨后用電場進一步使工藝氣體離子加速行進至待沉積在基板上的材料的靶。

為了改良沉積速率及產(chǎn)出率，除靶區(qū)域內(nèi)的電場外，通過建立磁場增加靶上方的等離子體密度。此磁場(隨后亦使用的術語為磁控濺射)亦減少了電荷載體的損失，尤其是電子的損失。為了改良在靶處移除靶材料的均勻性，使磁場相對于靶旋轉以使得產(chǎn)生靶材料的均勻移除。

在磁場的磁控濺射的情境中存在的問題是，工藝氣體離子相對于磁場的相對運動及所得的速度相依性的洛倫茲力(Lorentz force)導致工藝氣體離子移動的不對稱性。離子相對于正交或垂直于靶表面的方向朝靶加速行進。

這意味著撞擊在靶表面上的工藝氣體離子的角度分布不再相對于與靶表面的法線而對稱。確切而言，在洛倫茲偏轉的路徑移動的方向上建立較佳方向。這意味著工藝氣體離子較佳在路徑速度的方向上或洛倫茲偏轉的方向上撞擊在靶表面上。

因此，靶成分的移除亦不再相對于與靶表面的法線而對稱。靶成分同樣地較佳在路徑速度或洛倫茲偏轉的方向上沖離靶表面。此亦導致在基板表面上涂覆材料期間的不對稱性，且因此導致在構造微米級結構時的系統(tǒng)性故障，從而引發(fā)均勻性問題。

因此，仍需要開發(fā)一種沉積系統(tǒng)來解決均勻性問題。鑒于不斷增加的商業(yè)競爭壓力，以及增長的消費者期望，找到這些問題的答案十分關鍵。另外，對降低成本、改良效率和性能及滿足競爭壓力的需求為找到這些問題的答案的關鍵必要性增添了更大的緊迫性。

長期以來一直在尋求這些問題的解決方案，但現(xiàn)有技術發(fā)展并未教導或提出任何解決方案，且因此本領域的技術人員長期無法找到這些問題的解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施方式提供一種操作沉積系統(tǒng)的方法，所述方法包括：調(diào)整陰極；旋轉陰極下方的旋轉屏蔽件(rotating shield)，以便經(jīng)由陰極下方的護罩(shroud)及經(jīng)由旋轉屏蔽件的屏蔽孔暴露陰極；和旋轉一旋轉基座，以便產(chǎn)生材料以在旋轉基座之上形成載體，其中所述材料具有小于材料厚度的1％的非均勻性限制，且所述陰極在陰極與載體之間具有一角度。

本發(fā)明的實施方式提供沉積系統(tǒng)，所述沉積系統(tǒng)包括：陰極；陰極下方的護罩；陰極下方的旋轉屏蔽件，用于經(jīng)由護罩及經(jīng)由旋轉屏蔽件的屏蔽孔暴露陰極；和旋轉基座，用于產(chǎn)生材料以在旋轉基座之上形成載體，其中所述材料具有小于材料厚度的1％的非均勻性限制，且所述陰極在陰極與載體之間具有一角度。

除上文所論及的那些步驟或元件外，本發(fā)明的某些實施方式具有其他步驟或元件，或者用其他步驟或元件代替上文所論及的那些步驟或元件。在結合參照附圖的同時閱讀以下詳細描述，步驟或元件將對于本領域的技術人員變得顯而易見。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施方式中的沉積系統(tǒng)100沿圖6的線1--1截取的截面圖。

圖2是具有材料層堆疊的存儲器裝置的示例性表格。

圖3是圖1的沉積系統(tǒng)的陰極中的一者的等角俯視圖。

圖4是陰極中的一者沿圖3的線4--4截取的截面圖。

圖5是沉積系統(tǒng)的一部分的側視圖。

圖6是沉積系統(tǒng)的一部分的俯視圖。

圖7是角度示意圖。

圖8是圖示圖1的沉積系統(tǒng)的模擬結果的曲線圖。

圖9是陰極中的一者的一部分的等角俯視圖。

圖10是陰極中的一者的截面圖。

圖11是陰極中的一者的另一部分的截面圖。

圖12是伸縮蓋環(huán)(telescopic cover ring)的截面圖。

圖13是沉積分布(deposition profile)的模擬的流程圖。

圖14是圖示用模擬模型驗證的曲線圖。

圖15是圖示圖5的外環(huán)的非均勻性的曲線圖。

圖16是圖示靶數(shù)目對非均勻性的影響的曲線圖。

圖17是圖示基于半徑的非均勻性的曲線圖。

圖18是水平距離和垂直距離的配置。

圖19是沉積系統(tǒng)中的護罩的截面圖。

圖20是護罩中的一者的等角俯視圖。

圖21是圖示護罩中的一者和旋轉屏蔽件的截面圖。

圖22是圖示用于從陰極中的一者捕獲(capturing)圖1的材料且位于旋轉屏蔽件之上的護罩中的一者的另一截面圖。

圖23是圖示針對圖5的多陰極腔室的污染測試結果的表格。

圖24是本發(fā)明的另一實施方式中的制造沉積系統(tǒng)的方法的流程圖。

具體實施方式

將足夠詳細地描述以下實施方式以使得本領域的技術人員能夠實行及使用本發(fā)明。應理解，其他實施方式將基于本公開內(nèi)容而顯而易見，并且可在不脫離本發(fā)明的實施方式的范圍情況下進行系統(tǒng)、工藝或機械變化。

在以下描述中，給出眾多具體細節(jié)以提供本發(fā)明的透徹理解。然而，將顯而易見的是，可在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。為了避免模糊本發(fā)明的實施方式中的實施方式，并未詳細披露某些熟知的電路、系統(tǒng)配置及工藝步驟。

圖示系統(tǒng)的實施方式的各圖是半圖解的且并未按比例繪制，且特定而言，一些尺寸是出于呈現(xiàn)清晰的目的并在繪制各圖時加以夸示。類似地，盡管為了便于描述使各圖中的視圖大體上圖示類似的定向，但各圖中的此描述大部分為任意的。大體而言，可在任何定向上操作本發(fā)明。

在披露及描述具有某些共同特征的多個實施方式的情況中，出于清晰及便于圖示、描述及理解的目的，通常將用相似的元件符號逐個描述相同及相似的特征。為便于描述，已將實施方式編號為第二實施方式、第一實施方式等等，且這些實施方式并不意在具有任何其他意義或提供對本發(fā)明的實施方式的限制。

出于解釋說明的目的，本文所使用的術語“水平”被定義為平行于靶的平面或表面的平面，而與靶的定向無關。術語“垂直”是指垂直于剛定義的水平的方向。如各圖所示，相對于水平平面定義諸如“上方”、“下方”、“底部”、“頂部”、“側”(如在“側壁”中)、“較高”、“下”、“上”、“在……之上”及“在……之下”之類的術語。

術語“在……上”是指元件之間存在接觸。術語“直接在……上”是指在一個元件與另一元件之間存在直接物理接觸而無介入元件。

本文所使用的術語“處理”包括在形成所描述結構中視需要沉積材料或光刻膠(photoresist)、圖案化、曝光、顯影、蝕刻、清潔和/或移除材料或光刻膠。

現(xiàn)參照圖1，該圖圖示本發(fā)明的實施方式中的沉積系統(tǒng)100沿圖6的線1--1截取的截面圖。截面圖繪示具有沉積腔室或沉積系統(tǒng)100的設計細節(jié)的一實例。

圖1繪示可用于濺射不同材料103的陰極102。經(jīng)由旋轉屏蔽件106的屏蔽孔104展示或暴露陰極102，該旋轉屏蔽件可位于旋轉基座110上的載體108之上?？蓛H存在一個位于旋轉基座110之上或旋轉基座110上的載體108。

載體108是具有用于制造集成電路的半導體材料的結構。舉例而言，載體108可表示包括晶片的半導體結構。使旋轉屏蔽件106形成有屏蔽孔104，使得可使用陰極102經(jīng)由屏蔽孔104沉積材料103。

可將電源112應用于陰極102。電源112可包括直流(DC)或射頻(RF)電源?？蓪㈥帢O102的角度位置變?yōu)槿魏谓嵌取４嗽O計允許同軸饋送功率(諸如電源112)至陰極102。

旋轉屏蔽件106可每次暴露陰極102中的一者，且保護其他陰極102避免交叉污染。交叉污染是沉積材料從陰極102中的一者至陰極102中的另一者的物理移動或移送。在靶114之上安置陰極102。腔室設計可為緊湊型。靶114可具有任何大小。舉例而言，靶114中的各者可包括約4英寸(”)至6”的直徑。

使用旋轉基座110的設計存在性能優(yōu)勢。這些優(yōu)勢可包括在一個腔室中使用任何數(shù)目的不同材料，而在無旋轉基座110的先前設計中僅可存在兩種材料。

沉積系統(tǒng)100的特征結構包括單個旋轉屏蔽件(諸如旋轉屏蔽件106)，在旋轉屏蔽件106后方并未隱藏旋轉部件。旋轉屏蔽件106提供改良顆粒性能的優(yōu)勢。

在圖1中，載體108可位于旋轉基座110上，該旋轉基座可垂直上下移動。在將載體108移出腔室前，可移動載體108位于錐形屏蔽件118下方。伸縮蓋環(huán)120圖示為位于錐形屏蔽件118的頂部上的結構。隨后，可向下移動旋轉基座110，且隨后在將載體108移出腔室前可用機械手臂提升載體108。

當濺射材料103時，可將材料103保持在錐形屏蔽件118內(nèi)部而不超出該錐形屏蔽件。為了實行此舉，伸縮蓋環(huán)120可包括環(huán)部分122，該環(huán)部分向上彎曲并具有預定厚度。伸縮蓋環(huán)120亦可包括相對于錐形屏蔽件118的預定間隙124及預定長度。因此，材料103可不位于旋轉基座110下方，從而消除污染擴展到載體108上。

圖1繪示個別護罩126。護罩126中的各者具有護罩旋轉128以提供呈約30度至50度的角度130的陰極102。角度130的不同值在載體108的表面上提供不同的均勻性分布。在靶114中的一者的平面與載體108的平面之間測量角度130。

可設計護罩126以使得未沉積在載體108上的來自靶114的材料103中的大部分被包含在護罩126中，因此使得易于回收并保存材料103。這也使得用于靶114中的各者的護罩126中的一者能夠對于該靶最佳化，以允許更好的粘著性和良好的缺陷性能。舉例而言，大部分可包括材料103中的一者中的至少80％。

可設計護罩126以最小化陰極102之間的串擾(cross-talk)或串靶(cross-target)污染，且最大化對于陰極102中的各者所捕獲的材料103。因此，來自陰極102中的各者的材料103將僅由護罩126中的一者個別地捕獲，在該護罩之上安置陰極102。所捕獲的材料可并未落在載體108上。

可涂覆載體108，其中使用來自護罩126之上的靶114的包括金屬的沉積材料在載體108的表面上沉積材料103的均勻性132。隨后，可使護罩126經(jīng)由回收工藝?；厥展に嚥粌H清潔護罩126，而且回收殘留在護罩126上或護罩中的殘余量的沉積材料。均勻性132與如何在載體108的表面上的預定數(shù)目的位置處均勻或平滑地沉積材料103有關。

舉例而言，在護罩126中的一者上可存在鉑，而在護罩126中的另一者上則為鐵。由于鉑是貴金屬，比鐵更貴重，因此可將具有鉑的護罩126送出進行回收處理。

已發(fā)現(xiàn)，每次調(diào)整陰極102中的一者以便改變角度130改良了載體108的表面處的均勻性132。

亦已發(fā)現(xiàn)，旋轉旋轉屏蔽件106以便經(jīng)由護罩126和屏蔽孔104中的一者暴露陰極102中的各者改良了可靠性，并且陰極102之間無交叉污染。

已進一步發(fā)現(xiàn)，旋轉旋轉基座110改良了均勻性132。

現(xiàn)參照圖2，該圖圖示具有材料103的層204的堆疊的存儲器裝置202的示例性表格。可形成或產(chǎn)生層204的堆疊以制造或形成圖1的載體108來用于存儲器裝置202。可使用本發(fā)明的實施方式的圖1的沉積系統(tǒng)100沉積材料103。盡管在圖2中圖示十一個層204，但可存在任何數(shù)目的層204。

舉例而言，存儲器裝置202可包括任何儲存部件，該儲存部件包括磁性隨機存取存儲器(MRAM)。例如，MRAM可表示針對嵌入式應用的次40納米(nm)節(jié)點處的存儲器技術。用于MRAM的沉積系統(tǒng)100可包括下文段落中所描述的因數(shù)。

如圖2所示，MRAM可包括十一層堆疊，例如，該堆疊具有6至7種唯一或不同材料。因此，沉積系統(tǒng)100能夠在單個腔室中沉積不同的材料103。

舉例而言，沉積系統(tǒng)100可包括針對金屬、絕緣體、合金及氮化物使用射頻(RF)或直流(DC)方法的共同濺射能力。堆疊的堆疊厚度可在約7埃至150埃的范圍內(nèi)變化，具有較佳小于所沉積層204中的各者厚度的1％的極高非均勻性(NU)限制206、明確界面、平滑膜、均勻定向及低損壞的優(yōu)勢。極高NU限制206改良了圖1的均勻性132。

可用獨特設計的多靶或多陰極源處理上文的因數(shù)，如先前在圖1中所示并將隨后在圖5至圖6中所示的。多陰極源可包括圖1的多個陰極102?？稍谇皇业那皇抑黧w上安裝多靶或多陰極源或基于腔室的腔室主體設計所述多靶或多陰極源。舉例而言，腔室可表示PVD腔室。

材料103可包括任何材料，該材料包括金屬或絕緣體。作為一具體實例，材料103可包括氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、釕(Ru)、鉭(Ta)、鈷鐵硼(CoFeB)、氧化鎂(MgO)或鎂氧、鈷鐵(CoFe)、銥錳金屬(IrMn)、鉑錳(PtMn)或上述的組合。

作為另一具體實例，可將TaN或TiN、Ru、Ta、CoFeB和MgO分別用作硬掩模、頂部電極、蓋層、自由層和穿隧氧化物。作為又一具體實例，可將CoFeB、Ru、CoFe、IrMn或PtMn分別用作鐵磁體、耦合體、鐵磁體。作為又一具體實例，可將Ru和Ta分別用作底部電極和粘合劑或種晶。

作為一具體實例，TaN或TiN、Ru、Ta、CoFeB和MgO可分別包括75-100nm、5nm、5nm、1-2nm和1-2nm的厚度。作為另一具體實例，CoFeB、Ru、CoFe、IrMn或PtMn可分別包括2-3nm、0.9nm、2-3nm和7-20nm的厚度。作為又一具體實例，Ru和Ta可分別包括5-20nm和5nm的厚度。

現(xiàn)參照圖3，該圖圖示圖1的沉積系統(tǒng)100的陰極102中的一者的等角俯視圖。目前，尚不存在此類使用多個陰極102的多靶濺射的工具，在等角俯視圖中圖示這些陰極中的一者。因此，已迫切需要設計一種多靶源，諸如如圖1所示的具有多個陰極102的源，同時考慮到下文的設計因數(shù)。

可在具有小占地面積的腔室上安裝多靶源。舉例而言，由于材料昂貴，多靶源可為小型的，以使得圖1的靶114可包括4至6英寸的大小或直徑，且多靶源能夠在單個腔室(諸如先前所描述的腔室)中沉積至少3種不同的材料。多靶源可包括個別調(diào)整件，這些調(diào)整件包括靶源高度調(diào)整件、角度調(diào)整件和磁體-靶間隔調(diào)整機構，以提供用于微調(diào)沉積工藝的額外旋鈕302。

與沉積工藝相關的工作已從模擬開始，其考慮各種條件和可能性，其中包括靶114的各種不同直徑、靶至載體間隔(水平X和垂直Y)、靶至載體角度或圖1的角度130和每個源的靶114的數(shù)目。工作亦包括分析模擬數(shù)據(jù)集合及考慮遵循最佳條件所實現(xiàn)的設計可行性，如隨后在圖8中所圖示的，圖8提供具有0.5％-2％的極高NU限制的沉積非均勻性。

舉例而言，沉積系統(tǒng)100可包括12個靶的集合，其中6個內(nèi)座圈靶(inner race target)和6個外座圈靶，如隨后在圖6中所圖示的。亦舉例而言，各自具有4.72”的直徑的靶114根據(jù)NU限制提供良好NU值且在腔室上容納12個靶114為現(xiàn)實可行的。

例如，當將4.72”視為靶直徑條件時，已基于此條件設計出個別源(諸如靶114中的一者)，使得在腔室的外徑占地面積方面盡可能最小化。作為一具體實例，外徑占地面積可包括7.7”的直徑。

角度調(diào)整機構304提供角度移動以改變陰極102的角度位置。角度調(diào)整機構304可通過相對于或基于支點308旋轉陰極102中的各者的擺臂306形成角度130來提供角度位置。支點308位于擺臂306的底端，其中將擺臂306附接至下凸緣310。

可在頂板314上安裝水適配器方塊(water adapter block)312。頂板314可位于上凸緣316之上，該上凸緣與下凸緣310一起提供外部波紋管組件318的上支撐結構和下支撐結構。

現(xiàn)參照圖4，該圖圖示陰極102中的一者沿圖3的線4--4截取的截面圖。截面圖描述個別靶源或陰極102中的一者。

圖4描述陰極102中的一者的組件，其中可在沉積工藝期間調(diào)整磁體至靶間隔402。磁體至靶間隔402為陰極102中的一者的磁體404與靶114中的一者之間的距離?？墒謩踊蜃詣诱{(diào)整陰極102?？筛淖冴帢O102的濺射角度或圖1的角度130，同時陰極102仍處于真空之下。

可將靶114中的各者限制或安裝至背板406，該背板類似于具有容器形狀的結構，外部波紋管組件318具有下凸緣310和上凸緣316。舉例而言，可使用具有包括不銹鋼(SST)的導電材料的柔性波紋管將下凸緣310和上凸緣316兩者焊接在一起。

可在上凸緣316內(nèi)部安裝靶114中的各者。在下凸緣310和上凸緣316接地的情況下可形成接地屏蔽件。非導電環(huán)414幫助將接地屏蔽件與靶114電氣隔離，這些靶可因與圖1的電源112連接而帶電。

舉例而言，非導電環(huán)414可包括絕緣材料，諸如陶瓷或粘土。接地屏蔽件是安裝在圖1的錐形屏蔽件118的內(nèi)部上的部分。

可從頂板314的頂表面螺栓固定頂板314，以壓縮包括非導電環(huán)414在內(nèi)的所有O形環(huán)來固持靶114處于適當位置中。因此，可實現(xiàn)真空以及漏水密封。各個源或陰極102中的各者可包括下文所描述的眾多手動運動機構，以用于改良圖1的均勻性132。舉例而言，經(jīng)螺栓固定的板材可包括絕緣體，諸如類似于玻璃纖維的一種絕緣體材料。

手動運動機構可包括圖3的角度調(diào)整機構304，該角度調(diào)整機構使用繞下凸緣310樞轉的擺臂306。擺臂306將線性滑動件418固持在擺臂306之上并位于陰極102中的各者的頂部部分處。擺臂306能夠相對于圖1的載體108將靶114調(diào)整+/-5度。這種靈活性允許在載體108的頂表面上微調(diào)NU分布。

手動運動機構可包括源升降機構420，其中擺臂306將線性滑動件418固持在陰極102中的各者的頂部部分處。線性滑動件418利用中空軸422固持源或圖1的材料103。線性滑動件418沿中空軸422提供材料103的源移動，如雙向垂直箭頭所示。

手動運動機構可包括旋鈕調(diào)整機構424，其中手動調(diào)整旋鈕或陰極102中的各者的頂部部分處的旋鈕302提供線性致動。旋鈕調(diào)整機構424經(jīng)設計以實現(xiàn)總沖程(stroke)長度?？倹_程長度可包括任何數(shù)值。舉例而言，總沖程長度可為2.5”。

手動運動機構可包括磁體至靶調(diào)整機構426以調(diào)整磁體至靶間隔402?？稍谠磧?nèi)部放置永磁體。內(nèi)軸428將磁體404固持在中空軸422內(nèi)部。內(nèi)軸428可包括任何用于固持磁體404的結構。作為一具體實例，內(nèi)軸428可包括軸。

陰極102中的各者頂部上的調(diào)整螺旋件430提供磁體至靶間隔402的線性調(diào)整。在實現(xiàn)磁體至靶間隔402的預定值后，側鎖定螺旋件432將磁體404固持在適當位置中。舉例而言，磁體至靶間隔402的總可調(diào)沖程長度可為1”。

現(xiàn)參照圖5，該圖圖示沉積系統(tǒng)100的一部分的側視圖。沉積系統(tǒng)100可包括多陰極腔室502。側視圖描述具有多陰極腔室502和陰極102的組件。

舉例而言，多陰極腔室502可表示多陰極PVD腔室。亦舉例而言，沉積系統(tǒng)100可包括針對MRAM應用的多靶PVD源設計。

單個整體式適配器(monolith adapter)或源適配器504將多個陰極102固持在適當位置中。舉例而言，源適配器504可固持任何數(shù)目的陰極102。作為一具體實例，源適配器504可固持12個陰極102。

可將源適配器504安裝在錐形適配器506上。源適配器504和錐形適配器506兩者與上文所描述的工藝一起提供多靶源，如圖4至圖5所示。

多陰極腔室502可包括用于PVD和濺射的多個陰極102?？蓪㈥帢O102中的各者連接至圖1的電源112(包括DC或RF)。陰極102可具有任何數(shù)目的不同直徑。舉例而言，可存在兩個直徑。

通過改變輸入陰極102的功率可存在各種不同量的圖1的材料103。改變功率可控制材料103的圖1的均勻性132，如隨后由模擬結果所圖示及描述的。可通過控制圖1的旋轉基座110進一步實現(xiàn)均勻性132。陰極102中的各者可應用不同的材料或材料103。

可存在陰極102的內(nèi)環(huán)508及外環(huán)510。這些環(huán)亦可被稱為座圈。陰極102可處于內(nèi)環(huán)508、外環(huán)510或上述的組合中。具有內(nèi)環(huán)508及外環(huán)510的目的在于實現(xiàn)高水平的均勻性132而無需旋轉圖1的載體108。高水平的均勻性132基于上文所描述的非均勻性(NU)限制。

已發(fā)現(xiàn)，使用直流(DC)或者射頻(RF)電源的任一者施加電源112提供了高水平的均勻性132。

亦已發(fā)現(xiàn)，通過消除陰極102之間的任何交叉污染，在相同腔室(諸如多陰極腔室502)中將不同材料103應用于陰極102改良了可靠性。

現(xiàn)參照圖6，該圖圖示沉積系統(tǒng)100的一部分的俯視圖。俯視圖繪示具有多個陰極102的內(nèi)環(huán)508及外環(huán)510。

現(xiàn)參照圖7，該圖圖示角度130的示意圖。示意圖用于模擬。靶114及載體108的位置基于角度130(表示為θ)及使用水平距離702及垂直距離704的靶至載體間隔。將水平距離702及垂直距離704分別表示為距離X及Y。在靶114與載體108的中心之間測量距離X及Y。水平距離702和垂直距離704可分別表示水平間隙和垂直高度。

出于說明性目的，可呈0度安置圖5的內(nèi)環(huán)508的圖1的陰極102中的靶114，且距離X及Y分別為8”及13”。亦出于說明性目的，可呈15度安置圖5的外環(huán)510的陰極102中的靶114，且距離X及Y分別為12.9”及12”。

角度130可包括30度至50度的大致范圍。水平距離702可包括6”至15”的大致范圍。垂直距離704可包括9”至12”的大致范圍。

水平距離702及垂直距離704的較大值提供較好或較小的非均勻性。然而，較大值提供較小的沉積速率且因此較小的材料效率。角度130依賴于圖1的材料103的濺射分布。此為濺射材料或濺射原子的函數(shù)，該濺射原子包括氬(Ar)、氖(Ne)及氙(Xe)。

現(xiàn)參照圖8，該圖圖示一曲線圖，該曲線圖圖示圖1的沉積系統(tǒng)100的模擬結果。曲線圖是基于最佳條件之下的模擬數(shù)據(jù)。曲線圖圖示內(nèi)部回路及外部回路中圖1的陰極102的圖1的靶114的模擬結果，這些內(nèi)部回路及外部回路諸如圖5的內(nèi)環(huán)508及圖5的外環(huán)510。

圖8中的模擬結果展示出，對于0度及15度的余弦值，非均勻性值為0.5％-2％，其中圖1的材料103中的每一者具有4個圖1的載體108。具有12個靶114的多靶源與使用包括圖4的旋鈕調(diào)整機構424的手動運動機構的工藝一起實現(xiàn)更接近于模擬結果。此新型獨特的多靶源能夠允許進入新型存儲器市場及探索包括MRAM的新機遇。

可與具有相同類型材料103的陰極102一起使用多靶源?？稍诟牧紙D1的均勻性132的水平下將材料103濺射在載體108上，而無需保護載體108，只要多個陰極102包括相同的材料103即可。

曲線圖分別在X軸及Y軸上以英寸為單位圖示水平距離702及垂直距離704。例如，在內(nèi)環(huán)508中，當水平距離702為約11”至16”且垂直距離704為至少約14”時，非均勻性值可小于或等于約0.5％。

如另一實例，在外環(huán)510中，當水平距離702為約11”至19”且垂直距離704為至少約12”時，非均勻性值可小于或等于約0.5％。當水平距離702及垂直距離704變?yōu)樯衔牡拇笾路秶酝獾闹禃r，非均勻性值可增大及變成大于0.5％。

現(xiàn)參照圖9，該圖圖示陰極102中的一者的一部分的等角俯視圖?？扇鐖D所示使陰極102中的一者旋轉約30-50度。圖9繪示連接器902四周的磁體404。

當斷開連接器902時，連接器902防止包括RF電源的圖1的電源112導通。舉例而言，連接器902可為用于傳輸RF的聯(lián)鎖連接器或一種同軸連接器。

可存在任何數(shù)目的配件用作連接器902的兩側上的水適配器方塊312。當將電源112供應至陰極102時，水適配器方塊312提供水進入水適配器方塊312的一者中并從水適配器方塊312的另一者中輸出，以供應水使陰極102中的圖1的靶114中的一者的組件保持冷卻。

陰極102中的各者可包括源連接器904，所述源連接器鄰近于水適配器方塊312且直接位于水適配器方塊之間。源連接器904可表示源快速連接(source quick connect；SQC)連接器。源連接器904可包括源槽906。

現(xiàn)參照圖10，該圖圖示陰極102中的一者的截面圖。截面圖繪示陰極102中的一者旋轉40度。

磁體404可包括較大磁體1002。舉例而言，較大磁體1002可表示磁控管。較大磁體1002可包括用作磁體的圓柱形結構。磁體404可在磁體404的中心處包括內(nèi)部磁體1004，以形成用于靶114的閉環(huán)磁控管。

較大磁體1002為較大或具有比內(nèi)部磁體1004的直徑更大的直徑。較大磁體1002圍繞內(nèi)部磁體1004。

陰極102中的各者可包括源傳感器或源殼體結構1006，該源殼體結構容納磁體子組件(諸如磁體404)。源殼體結構1006可包括任何材料，該材料包括諸如鋁之類的導電材料。源殼體結構1006可包括絕緣殼體結構1008，以使用包括Ultem的絕緣體材料提供殼體。

可經(jīng)由磁體404將圖1的電源112供應至靶114?？纱嬖诮饘龠B接器1012，該金屬連接器經(jīng)由源連接器904連接至電源112?？纱嬖陔娫?12至陰極102的中心饋送。舉例而言，金屬連接器1012可包括電氣導電材料，該材料包括黃銅。

經(jīng)由磁控管等離子體的陰極102的返回電流可經(jīng)由C形鉤1014流回。電流可隨后經(jīng)由圖9的源槽906流回到源殼體結構1006，以提供通向電源112的良好返回路徑。

諸如下絕緣體環(huán)1016及上絕緣體環(huán)1018的絕緣體環(huán)可包括諸如下O形環(huán)1020及上O形環(huán)1022的同軸密封O形環(huán)。下絕緣體環(huán)1016可部分位于上絕緣體環(huán)1018的正下方。下絕緣體環(huán)1016可包括比上絕緣體環(huán)1018的寬度更大的寬度。

下O形環(huán)1020可位于上O形環(huán)1022的正下方。下O形環(huán)1020及上O形環(huán)1022可直接位于上絕緣體環(huán)1018的底表面及頂表面上。下O形環(huán)1020及上O形環(huán)1022可分別位于上絕緣體環(huán)1018的正下方及正上方。

下絕緣體環(huán)1016、上絕緣體環(huán)1018、下O形環(huán)1020及上O形環(huán)1022可圍繞較大磁體1002及絕緣殼體結構1008，以便提供與大氣的密封。下O形環(huán)1020提供與水的密封。

現(xiàn)參照圖11，該圖圖示陰極102中的一者的另一部分的截面圖。截面圖繪示圖1的沉積系統(tǒng)100的差動泵送(differential pumping)細節(jié)。

圖11繪示圖1的靶114中的一者的組件如何差動泵送。當使用O形環(huán)(諸如內(nèi)部O形環(huán)1102及外部O形環(huán)1104)時，可在O形環(huán)的一側上抽真空，且另一側可被暴露于大氣中。

隨后，跨越O形環(huán)的壓力可為760托，例如，與大氣壓力一樣。小分子可滲透穿過O形環(huán)，從而造成腔室內(nèi)的壓力增加。分子滲透與跨越O形環(huán)的壓力成比例。

內(nèi)部O形環(huán)1102比外部O形環(huán)至中心更靠近陰極102中的各者的中心。內(nèi)部O形環(huán)1102及外部O形環(huán)1104可位于錐形適配器506的頂表面處的錐形適配器506內(nèi)。內(nèi)部O形環(huán)1102及外部O形環(huán)可位于頂部適配器或源適配器504下方。錐形適配器506圍繞錐形屏蔽件118。

在這些O形環(huán)之間可存在連接，該連接經(jīng)圖示為頂部適配器中或下方的中心槽1106，所述中心槽向下至錐形適配器506的側面處的差動泵送端口1108。可用壓力泵送此連接，該壓力可處于毫托范圍內(nèi)。O形環(huán)可具有大氣與端口壓力之間及隨后端口與腔室壓力之間的壓力差。此圖示兩個O形環(huán)之間的壓力。

如圖11所示，位于差動泵送端口1108右側且比外部O形環(huán)1104更靠近腔室的內(nèi)部O形環(huán)1102與外部O形環(huán)1104相比可為最關鍵的O形環(huán)。內(nèi)部O形環(huán)1102可表示真空O形環(huán)。內(nèi)部O形環(huán)1102可具有非常小的壓力，該壓力可處于一納托(nano-torr)至一毫托的大致范圍內(nèi)，而非一納托至760毫托或1000毫托的范圍內(nèi)。此提供跨越真空O形環(huán)的壓力明顯減少近3-6個量級或達到12個量級的優(yōu)勢。

現(xiàn)參照圖12，該圖圖示伸縮蓋環(huán)120的截面圖。截面圖繪示與狹縫閥(slit valve)頂面1201對準的載體108。

圖12繪示：腔室主體1202，在該腔室主體上安裝錐形適配器506，以及在腔室主體1202的右壁上所示的開口1204。開口1204為狹縫閥，載體108經(jīng)由該狹縫閥進入腔室。開口1204的頂部與圖1的旋轉基座110的頂部對準，載體108位于該旋轉基座上。

伸縮蓋環(huán)120經(jīng)設計以提供伸縮沉積以用材料103覆蓋載體108。此類伸縮覆蓋允許增加的沖程且因此增加了圖1的靶114的間隔，以有效地將材料103濺射至載體108上。

沉積環(huán)1206可位于伸縮蓋環(huán)120下方且與伸縮蓋環(huán)直接接觸。中間件或中間環(huán)1208可位于沉積環(huán)1206之上且直接在錐形屏蔽件118上。在圖12的左側，可在載體108上沉積材料103。將沉積環(huán)1206部分地圖示為緊鄰載體108的環(huán)形部分。

在圖12的中間，將伸縮蓋環(huán)120圖示為逆時針旋轉的L形結構。伸縮蓋環(huán)120可鄰近于錐形屏蔽件118的一部分的左側，該錐形屏蔽件可為靜止的。將中間環(huán)1208圖示為反向的L形結構，且該中間環(huán)直接位于錐形屏蔽件118上方。

伸縮蓋環(huán)120可向上移動以提起中間環(huán)1208來提供繼續(xù)行進的大或延伸的曲徑(labyrinth)。首先，在伸縮蓋環(huán)120與錐形屏蔽件118的部分之間建立曲徑。隨后，在伸縮蓋環(huán)120移動某一預定時間后，曲徑與中間環(huán)及錐形屏蔽件118繼續(xù)行進。因此，如此長的伸縮設計允許非常長的曲徑或長沖程以提供上文先前所描述的增加的沖程。

現(xiàn)參照圖13，該圖圖示沉積分布的模擬的流程圖。流程圖描述MRAM模擬。流程圖描述模擬中所使用的模型。舉例而言，模型用于具有0.15米(m)的半徑的幾何形狀的圖1的載體108、矩形靶及100％中性發(fā)射，該發(fā)射使用來自圖1的靶114的濺射物質(zhì)的余弦發(fā)射。由圖7中的標記X、Y及θ圖示幾何形狀。

在上文所描述的模型中，可基于49點NU及2毫米(mm)邊緣排除區(qū)繪制非均勻性(NU)值。已由模型計算49點位置上的沉積工藝。NU可被定義為點數(shù)的標準差，并除以平均沉積。在此情況中，假設為余弦發(fā)射，圖1的角度130在0至65度的范圍內(nèi)變化，且圖7的水平距離702及圖7的垂直距離704在約4”至19”之間變化。

流程圖繪示離散化方塊1302、選取(pick)方塊1304、求和方塊1306、旋轉方塊1308及平均方塊1310。離散化方塊1302使靶114離散化成眾多差分元件。舉例而言，可存在10x10個差分元件。

選取方塊1304選取載體108上的點(r,θ)。選取方塊1304從靶114上的元件中的各者至載體108上的點計算視角因數(shù)。

求和方塊1306從靶114上的每一元件計算由于濺射的點(r,θ)處的沉積厚度之和。針對載體108上的所有點重復此程序。下文將進一步描述沉積厚度。

旋轉方塊1308使載體108旋轉各種度數(shù)。舉例而言，可將載體108旋轉120度或240度以模擬第二靶及第三靶。平均方塊1310通過平均化來自載體108的0度、120度及240度旋轉的結果計算載體108上的平均沉積。

現(xiàn)參照圖14，該圖圖示一曲線圖，該曲線圖圖示用模擬模型驗證。舉例而言，模擬可為Ansys三維(3D)模型。

曲線圖圖示作為圖1的載體108的半徑1404的函數(shù)的沉積厚度1402?？蓪⑶€圖中所示的沉積厚度1402歸一化(normalized)。當并未旋轉載體108時，可跨越載體108執(zhí)行沉積。

從載體108的一端至載體108的另一端測量沉積厚度1402。在載體108的中心處測量沉積厚度1402。隨后，將載體108的一端的沉積厚度1402減去6，且將載體108的另一端的沉積厚度1402加上6。

曲線圖的左圖及右圖上的底部曲線展示出matlab碼與模擬模型之間存在優(yōu)異匹配。底部曲線展示出圖1的均勻性132的良好水平，因為理想曲線圖展示出線性線。右圖上的底部曲線上方的上曲線展示出，與底部曲線相比，當圖7的水平距離702及圖7的垂直距離704增加時，均勻性132最差。

現(xiàn)參照圖15，該圖圖示一曲線圖，該曲線圖圖示圖5的外環(huán)510的非均勻性1502。曲線圖圖示基于圖1的多個靶114的非均勻性1502。若用于沉積工藝的圖1的材料103為相同的，則非均勻性1502改良。因此，可無需確定圖1的載體108的位置及靶114的數(shù)目。

在針對僅一個靶114的左上方曲線圖中，隨著載體108的半徑1404在水平軸上自右向左減小，非均勻性1502改良。在針對靶114的數(shù)目的左下方曲線圖中，當載體108的半徑1404接近0時，非均勻性1502在曲線圖的中心處改良。

在右上方曲線圖中，當載體108的半徑1404接近0時，非均勻性1502在曲線圖的中心處改良。在右下方曲線圖中，當載體108的半徑1404接近0時，非均勻性1502改良。針對圖5的內(nèi)環(huán)508，隨著載體108的半徑1404從0開始增加，非均勻性1502改良。

現(xiàn)參照圖16，該圖圖示一曲線圖，該曲線圖圖示靶114的數(shù)目對非均勻性1502的影響。在上方曲線圖中，隨著靶114的數(shù)目增加到例如10個靶114，非均勻性1502改良。在下方曲線圖中，隨著靶114的數(shù)目增加到例如10個靶114，非均勻性1502改良。

應注意，6個以上的靶114并未更進一步地改良圖1的均勻性132。任何剩余水平的均勻性132歸因于徑向非均勻性，通過添加更多靶114或通過旋轉圖1的旋轉基座110無法修正該徑向非均勻性。

現(xiàn)參照圖17，該圖圖示一曲線圖，該曲線圖圖示基于半徑1404的非均勻性1502。通過組合圖5的內(nèi)環(huán)508及圖5的外環(huán)510的圖1的靶114與圖1的旋轉基座110展示非均勻性1502。

所繪制的非均勻性1502為標準差，經(jīng)表示為圖1的載體108的半徑1404的平均值的分數(shù)(fraction)。曲線圖圖示針對內(nèi)環(huán)508的頂部五個曲線及針對外環(huán)510的底部六個曲線。當沉積工藝包括約30％的內(nèi)環(huán)508及70％的外環(huán)510時，改良或實現(xiàn)非均勻性1502，如從曲線圖的底部向上的第四個曲線所示。

現(xiàn)參照圖18，該圖圖示水平距離702及垂直距離704的配置。圖18繪示與圖1的載體108呈圖1的角度130的靶114中的一者。舉例而言，靶114可位于圖5的外環(huán)510上。

在靶114中的一者與載體108之間圖示水平距離702及垂直距離704。舉例而言，在約15度的角度130下，對于外環(huán)510上的陰極102，圖15的非均勻性1502可小于1.0％。

現(xiàn)參照圖19，該圖圖示沉積系統(tǒng)100中的護罩126的截面圖。在多陰極PVD腔室中，可避免源(諸如陰極102)之間的交叉污染、來自先前沉積濺射工藝的由沉積在屏蔽件(諸如旋轉屏蔽件106及錐形屏蔽件118)上的圖1的材料103所引起的交叉污染和膜上的污染。本文所進行的描述可與自旋-移送-轉矩隨機存取存儲器(SPIN-Transfer-TORQUE Random Access Memory；STT_RAM)相關。

截面圖繪示多陰極PVD腔室中的等離子體護罩(諸如護罩126)，該護罩用于減少或消除交叉污染。本發(fā)明的實施方式描述一種方案：包含陰極102中的各者的沉積工藝及在將一個膜濺射至沉積其他膜的區(qū)域中時限制等離子體展布，從而限制發(fā)生交叉污染的幾率。

陰極102中的各者可專用于護罩126中的一者，該護罩與陰極102中的一者的大小相比容積更大。來自陰極102中的一者的沉積物可大部分被包含在護罩126中的一者內(nèi)。

隨后通過具有屏蔽孔104的旋轉屏蔽件106使護罩126每次一個地暴露給載體108，這些屏蔽孔的各者包括相當于護罩126中的各者的開口大小或大致與開口大小相同的大小。在沉積工藝期間，護罩126中的各者捕獲沉積物中的大部分及等離子體中的大部分。因此，在共用屏蔽件或錐形屏蔽件118及處理配件的其他區(qū)域上的任何沉積物可看到非常少的等離子體，且因此可實質(zhì)上減少交叉污染。

等離子體的展布可被限制在護罩126中的一者中。由于在旋轉屏蔽件106中存在屏蔽孔104，可在多陰極腔室502中的四周展布等離子體。通過使得護罩126較大及旋轉屏蔽件106較小，可將等離子體保持在護罩126中的一者內(nèi)部，從而最小化可展布到旋轉屏蔽件106上的等離子體的量。

因此，增加護罩126中的各者的護罩容積并減小旋轉屏蔽件106的屏蔽件容積減少或消除了交叉污染。若等離子體遍布整個多陰極腔室502，則任何殘留在旋轉屏蔽件106中的等離子體可最終終止于載體108上，且因此通過護罩126消除來自陰極102的等離子體污染。

現(xiàn)參照圖20，該圖圖示護罩126中的一者的等角俯視圖。等角俯視圖描述護罩126中的一者的三維視圖。

可設計護罩126中的各者的幾何形狀，以使得護罩126在沉積工藝期間捕獲圖1的材料103中的大部分。護罩126捕獲材料103中的大部分導致極少或沒有材料103殘留在圖5的多陰極腔室502及圖1的旋轉屏蔽件106中，因此消除交叉污染。此外，幾何形狀改良了圖1的載體108的圖15的非均勻性1502。

可設計幾何形狀，以使得諸如第一護罩端2002和第二護罩端2004的相對端具有不同的尺寸。第一護罩端2002比第二護罩端2004更窄。第一護罩端2002的第一寬度2006比第二護罩端2004的第二寬度2008更小。

現(xiàn)參照圖21，該圖圖示一截面圖，該截面圖圖示護罩126中的一者及旋轉屏蔽件106。旋轉屏蔽件106可非?？拷蜞徑陉帢O102。旋轉屏蔽件106每次僅暴露陰極102中的一者。旋轉屏蔽件106可位于錐形適配器506上方。

現(xiàn)參照圖22，該圖圖示另一截面圖，該截面圖圖示用于從陰極102中的一者捕獲圖1的材料103且位于旋轉屏蔽件106之上的護罩126中的一者。

護罩126中的各者可包括比陰極102中的各者的陰極長度2204更大的護罩長度2202。因此，護罩126中的各者可在一個濺射步驟中捕獲材料103中的一者中的若非全部則至少大部分，使得在用材料103中的另一者進行下一濺射步驟前未殘留材料103中的該一者，以消除交叉污染。

已發(fā)現(xiàn)，護罩長度2202比陰極長度2204更大改良了可靠性，因為護罩126中的各者具有更多表面積來在一個濺射步驟中捕獲所有材料103，從而減少或消除交叉污染。

現(xiàn)參照圖23，該圖圖示一表格，該表格展示針對圖5的多陰極腔室502的污染測試的結果。結果展示出，總之，需要前文所描述的圖1的旋轉屏蔽件106及具有圖22的護罩長度2202的圖1的各個護罩126來最小化串靶污染或交叉污染。

在不具有本發(fā)明的實施方式的基線與具有旋轉屏蔽件106及長護罩的設計之間比較交叉污染，該長護罩諸如具有比圖22的陰極長度2204更大的護罩長度2202的護罩126中的各者。結果展示出，由交叉污染產(chǎn)生的計數(shù)明顯減少。計數(shù)被定義為每平方厘米10¹⁰個原子的數(shù)量(原子/cm²)。計數(shù)是指已用材料A濺射及隨后用材料B濺射的圖1的載體108上材料A的原子數(shù)量。

現(xiàn)參照圖24，該圖圖示本發(fā)明的另一實施方式中的沉積系統(tǒng)的操作方法2400的流程圖。方法2400包括：在方塊2402中，調(diào)整陰極；在方塊2404中，旋轉陰極下方的旋轉屏蔽件，以便經(jīng)由陰極下方的護罩及經(jīng)由旋轉屏蔽件的屏蔽孔暴露陰極；及在方塊2406中，旋轉旋轉基座，以便產(chǎn)生材料以在旋轉基座之上形成載體，其中該材料具有小于材料厚度的1％的非均勻性限制及該陰極在陰極與載體之間具有一角度。

因此，已發(fā)現(xiàn)，上文所描述的實施方式中的值提供了大體上改良產(chǎn)品線的總體生產(chǎn)能力并降低產(chǎn)品線的成本的優(yōu)勢。通過圖1的沉積系統(tǒng)100改良總體生產(chǎn)能力，該沉積系統(tǒng)能夠在單個腔室中沉積不同材料。由于最小化硬件變化而降低了產(chǎn)品線的成本。

所提供的這些優(yōu)勢是由于在相同陰極上施加RF或DC供應、將不同材料應用于相同陰極及執(zhí)行濺射工藝而無交叉污染的能力。所提供的這些優(yōu)勢亦是由于用圖1的旋轉基座110基于非均勻性(NU)限制實現(xiàn)非常高水平的圖1的均勻性132及實施單個位(single bit)的旋轉屏蔽件或圖1的旋轉屏蔽件106來實現(xiàn)改良的顆粒性能。

因此，已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的實施方式的沉積系統(tǒng)100向具有圖1的多個陰極102的沉積系統(tǒng)100提供了重要且迄今未知及不可用的解決方案、生產(chǎn)能力及功能方面。所得方法、工藝、設備、裝置、產(chǎn)品和/或系統(tǒng)為簡便、具有成本效益、不復雜、高度通用且有效的，可通過調(diào)整已知技術出人意料及不明顯地實施，且因此易于適用于有效率且經(jīng)濟地制造與傳統(tǒng)制造方法或工藝及技術完全相容的沉積系統(tǒng)。

本發(fā)明的實施方式的另一重要方面為本發(fā)明有價值地支持及服務于降低成本、簡化系統(tǒng)及增加性能的歷史趨勢。

因此，本發(fā)明的實施方式的這些及其他有價值的方面促使技術狀態(tài)至少發(fā)展至下一階段。

盡管已結合具體最佳模式描述本發(fā)明，但是應將理解，根據(jù)上文描述的許多替代、修改及變化將對本領域的技術人員是顯而易見的。因此，意在包含落入所包括的權利要求的范圍內(nèi)的所有此類替代、修改及變化。應在說明性且非限制性意義上解讀本文迄今闡述的或附圖中圖示的所有事項。