磁控溅射腔室及磁控溅射设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种磁控溅射腔室及磁控溅射设备。
【背景技术】
[0002]在半导体工业中，磁控溅射沉积技术作为制造薄膜的重要手段之一，被广泛应用在铜互连线技术、封装领域中的硅穿孔技术等的工艺领域中。在实际应用中，通常需要采用较高的腔室压力进行溅射沉积工艺，以获得低应力的薄膜，从而避免因薄膜应力过高而对基片产生不良影响。然而，较高的腔室压力会导致自靶材溅射出的粒子的自由程减小，造成沉积在基片边缘区域上的粒子数量较少，从而使获得的薄膜厚度的均匀性较差。
[0003]图1为现有的磁控溅射设备的结构示意图。如图1所示，磁控溅射设备包括磁控溅射腔室10、磁控管12、电机14和溅射电源(图中未示出)。其中，在磁控溅射腔室10的顶部设置有靶材11，溅射电源与靶材11电连接；在磁控溅射腔室10的内部，且位于靶材11的下方设置有基座13，用以承载基片；磁控管12设置在靶材11的上方，电机14用于驱动磁控管12绕中心轴旋转。在磁控溅射过程中，溅射电源向靶材11输出溅射功率，以使在磁控溅射腔室10内形成的等离子体刻蚀靶材11，自靶材11溅射出的粒子沉积在基片上，并形成工艺所需的薄膜；与此同时，磁控管12在电机14的驱动下对整个靶材11表面进行扫描，由磁控管12产生的磁场可以提高等离子体的密度，从而可以提高溅射的效率和靶材11的利用率。
[0004]对于标准PVD(Physical Vapor Deposit1n)腔室,这种腔室属于祀基间距在30?80mm之间的短程腔室，且因需要获得低应力的薄膜而往往采用较高的腔室压力，而较高的腔室压力会导致沉积在基片边缘区域上的粒子数量少于中心区域，从而造成薄膜厚度不均匀。在这种情况下，仅凭磁控管12改善薄膜厚度的均匀性的效果是有限的，从而无法满足对薄膜厚度的均匀性要求较高的工艺。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种磁控溅射腔室及磁控溅射设备，其可以在能够获得低应力的薄膜的前提下，提高薄膜厚度的均匀性。
[0006]为实现本发明的目的而提供一种磁控溅射腔室，包括设置在其顶部的靶材、设置在所述靶材上方的磁控管以及设置在其内且位于靶材下方的基座，还包括承载件和环形磁体组件，其中所述承载件用于承载所述环形磁体组件，并使所述环形磁体组件与所述磁控溅射腔室内的等离子体隔离；所述环形磁体组件环绕在所述靶材的外围，且位于靠近所述靶材的位置处，用以在进行溅射沉积工艺时，产生可提高所述靶材边缘区域的磁场强度的辅助磁场。
[0007]其中，所述环形磁体组件包括永磁铁和磁轭环，其中，所述承载件采用环形结构，其环绕在所述靶材的外围，且位于靠近所述靶材的位置处，并且在所述承载件的上表面上设置有沿其周向间隔设置的多个凹槽；所述永磁铁的数量与所述凹槽的数量相对应，且一一对应地设置在所述凹槽内；所述磁轭环采用导磁材料制作，其设置在所述永磁铁的顶面上，且所述磁轭环的内径与由所述永磁铁组成的环形内径相对应，并且各个永磁铁与所述磁轭环连接。
[0008]优选的，通过使各个永磁铁的磁极与所述磁控管的磁极同向或反向、相邻两个凹槽之间的中心距、所述凹槽的数量和/或调节各个永磁铁的磁极与所述磁控管的磁极之间的夹角，来调节所述辅助磁场在所述磁控溅射腔室内的磁场分布和磁场强度。
[0009]优选的，所述磁轭环的顶端不低于所述靶材的下表面，并且通过调节所述磁轭环的顶端与所述靶材的下表面之间的高度差，来调节所述辅助磁场在所述磁控溅射腔室内的磁场分布和磁场强度。
[0010]优选的，通过调节由所述永磁铁组成的环形磁体的半径与所述靶材下表面的半径之差，来调节所述辅助磁场在所述磁控溅射腔室内的磁场分布和磁场强度。
[0011]优选的，由所述永磁铁组成的环形磁体的半径与所述靶材下表面的半径之差为5 ?10mm0
[0012]优选的，由所述永磁铁组成的环形磁体的半径与所述靶材下表面的半径之差为8 ?50mmo
[0013]优选的，在所述承载件内，且环绕在所述凹槽的内侧或外侧设置有冷却通道；通过向所述冷却通道内通入冷却水或冷却气体来冷却置于所述凹槽内的永磁铁。
[0014]优选的，所述环形磁体组件包括线圈和直流电源，其中，所述承载件包括环形隔离部，所述环形隔离部环绕在所述靶材的外围，且位于靠近所述靶材的位置处；所述线圈环绕所述环形隔离部的外侧设置；所述直流电源用于向所述线圈提供直流电，以使所述线圈产生可提高所述靶材边缘区域的磁场强度的辅助磁场。
[0015]优选的，通过改变所述线圈的绕向、所述直流电流在所述线圈内的流向和大小、所述线圈中的各匝线圈之间的间距和/或所述线圈的匝数，来调节所述辅助磁场在所述磁控派射腔室内的磁场分布和磁场强度。
[0016]优选的，所述线圈的顶端不低于所述靶材的下表面，并且通过调节所述线圈的顶端与所述靶材的下表面之间的高度差，来调节所述辅助磁场在所述磁控溅射腔室内的磁场分布和磁场强度。
[0017]优选的，通过调节所述线圈缠绕形成的环形磁体的半径与所述靶材下表面的半径之差，来调节所述辅助磁场在所述磁控溅射腔室内的磁场分布和磁场强度。
[0018]优选的，所述线圈缠绕形成的环形磁体的半径与所述靶材下表面的半径之差为5 ?10Omnin
[0019]优选的，所述线圈缠绕形成的环形磁体的半径与所述靶材下表面的半径之差为8 ?50mmo
[0020]优选的，所述承载件还包括环形连接部，所述环形连接部环绕所述线圈的内侧或外侧设置，并且在所述环形连接部内设置有冷却管道；通过向所述冷却管道内通入冷却水或冷却气体来冷却所述线圈。
[0021]优选的，在进行溅射沉积工艺时，所述磁控溅射腔室的腔室压力为I?30mT。
[0022]优选的，在进行溅射沉积工艺时，所述磁控溅射腔室的腔室压力为5?15mT。
[0023]优选的，所述靶材下表面与所述基座上表面之间的竖直间距为30?80mm。
[0024]优选的，所述靶材的材料包括金属、金属氮化物或金属氧化物。
[0025]优选的，所述靶材的材料包括TiN。
[0026]作为另一个技术方案，本发明还提供一种磁控溅射设备，其包括磁控溅射腔室，所述磁控溅射腔室采用了本发明提供的上述磁控溅射腔室。
[0027]本发明具有以下有益效果:
[0028]本发明提供的磁控溅射腔室，其通过在靶材的外围，且位于靠近该靶材的位置处环绕设置环形磁体组件，可以在进行溅射沉积工艺时，产生可提高靶材边缘区域的磁场强度的辅助磁场，从而可以增加自靶材边缘区域溅射出粒子的数量，且减少自靶材中心区域溅射出的粒子数量，进而可以提高基片边缘区域的薄膜厚度，减小基片中心区域的薄膜厚度。因此，本发明提供的磁控溅射腔室不仅可以借助磁控管来调节在磁控溅射腔室内形成的磁场的分布和强度，而且还可以借助环形磁体组件起到辅助调节的作用，以使等离子体的分布趋于均匀，从而可以改善薄膜厚度的均匀性。尤其对于较高的腔室压力(大于5mT)和较小的靶基间距(30?80mm)的标准PVD腔室，通过分别适当地调节该辅助磁场以及由磁控管产生的磁场的分布和强度，来调节由二者相互作用而在磁控溅射腔室内产生的磁场的分布和强度，可以使基片边缘区域的薄膜厚度与中心区域的薄膜厚度趋于均匀，从而可以在能够获得低应力的薄膜的前提下，提高薄膜厚度的均匀性。此外，借助环形磁体组件，还可以更灵活地调节磁控溅射腔室内产生的磁场的分布和强度，从而可以提高磁控溅射设备的控制灵活性。
[0029]本发明提供的磁控溅射设备，其通过采用本发明提供的上述磁控溅射腔室，不仅可以提高控制灵活性，而且还可以在能够获得低应力的薄膜的前提下，提高薄膜厚度的均匀性。
【附图说明】
[0030]图1为现有的磁控溅射设备的结构示意图；
[0031]图2为本发明第一实施例提供的磁控溅射腔室的剖视图；
[0032]图3为本发明第一实施例提供的磁控溅射腔室的环形磁体组件的局部剖视图；
[0033]图4为本发明第一实施例提供的磁控溅射腔室的环形磁体组件的立体分解图；
[0034]图5A为采用本发明第一实施例提供的磁控溅射腔室进行工艺获得的薄膜各个区域的方块电阻与采用现有技术的磁控溅射腔室进行工艺获得的薄膜各个区域的方块电阻的对比图；
[0035]图5B为采用本发明第一实施例提供的磁控溅射腔室进行工艺获得的薄膜各个区域的厚度与采用现有技术的磁控溅射腔室进行工艺获得的薄膜各个区域的厚度的对比图；以及
[0036]图6为本发明第二实施例提供的磁控溅射腔室的剖视图。
【具体实施方式】
[0037]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对