具有多阴极的沉积系统及其制造方法与流程

本申请要求于2014年3月31日提交的美国临时专利申请第61/973,210号的权益，通过引用将该美国临时专利申请的主题结合在此。

技术领域

本发明大体涉及一种沉积系统，且更具体地，涉及一种用于具有多阴极的沉积系统的系统。

背景技术：

已知各种用于移除或建立半导体装置的材料层的方法。在半导体工业中经常使用物理气相沉积(PVD)方法。就原理而言，此为等离子体放电法，其中在具有外加电场的两个电极之间的工艺气体中产生工艺气体离子。随后用电场进一步使工艺气体离子加速行进至待沉积在基板上的材料的靶。

为了改良沉积速率及产出率，除靶区域内的电场外，通过建立磁场增加靶上方的等离子体密度。此磁场(随后亦使用的术语为磁控溅射)亦减少了电荷载体的损失，尤其是电子的损失。为了改良在靶处移除靶材料的均匀性，使磁场相对于靶旋转以使得产生靶材料的均匀移除。

在磁场的磁控溅射的情境中存在的问题是，工艺气体离子相对于磁场的相对运动及所得的速度相依性的洛伦兹力(Lorentz force)导致工艺气体离子移动的不对称性。离子相对于正交或垂直于靶表面的方向朝靶加速行进。

这意味着撞击在靶表面上的工艺气体离子的角度分布不再相对于与靶表面的法线而对称。确切而言，在洛伦兹偏转的路径移动的方向上建立较佳方向。这意味着工艺气体离子较佳在路径速度的方向上或洛伦兹偏转的方向上撞击在靶表面上。

因此，靶成分的移除亦不再相对于与靶表面的法线而对称。靶成分同样地较佳在路径速度或洛伦兹偏转的方向上冲离靶表面。此亦导致在基板表面上涂覆材料期间的不对称性，且因此导致在构造微米级结构时的系统性故障，从而引发均匀性问题。

因此，仍需要开发一种沉积系统来解决均匀性问题。鉴于不断增加的商业竞争压力，以及增长的消费者期望，找到这些问题的答案十分关键。另外，对降低成本、改良效率和性能及满足竞争压力的需求为找到这些问题的答案的关键必要性增添了更大的紧迫性。

长期以来一直在寻求这些问题的解决方案，但现有技术发展并未教导或提出任何解决方案，且因此本领域的技术人员长期无法找到这些问题的解决方案。

技术实现要素：

本发明的实施方式提供一种操作沉积系统的方法，所述方法包括：调整阴极；旋转阴极下方的旋转屏蔽件(rotating shield)，以便经由阴极下方的护罩(shroud)及经由旋转屏蔽件的屏蔽孔暴露阴极；和旋转一旋转基座，以便产生材料以在旋转基座之上形成载体，其中所述材料具有小于材料厚度的1％的非均匀性限制，且所述阴极在阴极与载体之间具有一角度。

本发明的实施方式提供沉积系统，所述沉积系统包括：阴极；阴极下方的护罩；阴极下方的旋转屏蔽件，用于经由护罩及经由旋转屏蔽件的屏蔽孔暴露阴极；和旋转基座，用于产生材料以在旋转基座之上形成载体，其中所述材料具有小于材料厚度的1％的非均匀性限制，且所述阴极在阴极与载体之间具有一角度。

除上文所论及的那些步骤或元件外，本发明的某些实施方式具有其他步骤或元件，或者用其他步骤或元件代替上文所论及的那些步骤或元件。在结合参照附图的同时阅读以下详细描述，步骤或元件将对于本领域的技术人员变得显而易见。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的沉积系统100沿图6的线1--1截取的截面图。

图2是具有材料层堆叠的存储器装置的示例性表格。

图3是图1的沉积系统的阴极中的一者的等角俯视图。

图4是阴极中的一者沿图3的线4--4截取的截面图。

图5是沉积系统的一部分的侧视图。

图6是沉积系统的一部分的俯视图。

图7是角度示意图。

图8是图示图1的沉积系统的模拟结果的曲线图。

图9是阴极中的一者的一部分的等角俯视图。

图10是阴极中的一者的截面图。

图11是阴极中的一者的另一部分的截面图。

图12是伸缩盖环(telescopic cover ring)的截面图。

图13是沉积分布(deposition profile)的模拟的流程图。

图14是图示用模拟模型验证的曲线图。

图15是图示图5的外环的非均匀性的曲线图。

图16是图示靶数目对非均匀性的影响的曲线图。

图17是图示基于半径的非均匀性的曲线图。

图18是水平距离和垂直距离的配置。

图19是沉积系统中的护罩的截面图。

图20是护罩中的一者的等角俯视图。

图21是图示护罩中的一者和旋转屏蔽件的截面图。

图22是图示用于从阴极中的一者捕获(capturing)图1的材料且位于旋转屏蔽件之上的护罩中的一者的另一截面图。

图23是图示针对图5的多阴极腔室的污染测试结果的表格。

图24是本发明的另一实施方式中的制造沉积系统的方法的流程图。

具体实施方式

将足够详细地描述以下实施方式以使得本领域的技术人员能够实行及使用本发明。应理解，其他实施方式将基于本公开内容而显而易见，并且可在不脱离本发明的实施方式的范围情况下进行系统、工艺或机械变化。

在以下描述中，给出众多具体细节以提供本发明的透彻理解。然而，将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明。为了避免模糊本发明的实施方式中的实施方式，并未详细披露某些熟知的电路、系统配置及工艺步骤。

图示系统的实施方式的各图是半图解的且并未按比例绘制，且特定而言，一些尺寸是出于呈现清晰的目的并在绘制各图时加以夸示。类似地，尽管为了便于描述使各图中的视图大体上图示类似的定向，但各图中的此描述大部分为任意的。大体而言，可在任何定向上操作本发明。

在披露及描述具有某些共同特征的多个实施方式的情况中，出于清晰及便于图示、描述及理解的目的，通常将用相似的元件符号逐个描述相同及相似的特征。为便于描述，已将实施方式编号为第二实施方式、第一实施方式等等，且这些实施方式并不意在具有任何其他意义或提供对本发明的实施方式的限制。

出于解释说明的目的，本文所使用的术语“水平”被定义为平行于靶的平面或表面的平面，而与靶的定向无关。术语“垂直”是指垂直于刚定义的水平的方向。如各图所示，相对于水平平面定义诸如“上方”、“下方”、“底部”、“顶部”、“侧”(如在“侧壁”中)、“较高”、“下”、“上”、“在……之上”及“在……之下”之类的术语。

术语“在……上”是指元件之间存在接触。术语“直接在……上”是指在一个元件与另一元件之间存在直接物理接触而无介入元件。

本文所使用的术语“处理”包括在形成所描述结构中视需要沉积材料或光刻胶(photoresist)、图案化、曝光、显影、蚀刻、清洁和/或移除材料或光刻胶。

现参照图1，该图图示本发明的实施方式中的沉积系统100沿图6的线1--1截取的截面图。截面图绘示具有沉积腔室或沉积系统100的设计细节的一实例。

图1绘示可用于溅射不同材料103的阴极102。经由旋转屏蔽件106的屏蔽孔104展示或暴露阴极102，该旋转屏蔽件可位于旋转基座110上的载体108之上。可仅存在一个位于旋转基座110之上或旋转基座110上的载体108。

载体108是具有用于制造集成电路的半导体材料的结构。举例而言，载体108可表示包括晶片的半导体结构。使旋转屏蔽件106形成有屏蔽孔104，使得可使用阴极102经由屏蔽孔104沉积材料103。

可将电源112应用于阴极102。电源112可包括直流(DC)或射频(RF)电源。可将阴极102的角度位置变为任何角度。此设计允许同轴馈送功率(诸如电源112)至阴极102。

旋转屏蔽件106可每次暴露阴极102中的一者，且保护其他阴极102避免交叉污染。交叉污染是沉积材料从阴极102中的一者至阴极102中的另一者的物理移动或移送。在靶114之上安置阴极102。腔室设计可为紧凑型。靶114可具有任何大小。举例而言，靶114中的各者可包括约4英寸(”)至6”的直径。

使用旋转基座110的设计存在性能优势。这些优势可包括在一个腔室中使用任何数目的不同材料，而在无旋转基座110的先前设计中仅可存在两种材料。

沉积系统100的特征结构包括单个旋转屏蔽件(诸如旋转屏蔽件106)，在旋转屏蔽件106后方并未隐藏旋转部件。旋转屏蔽件106提供改良颗粒性能的优势。

在图1中，载体108可位于旋转基座110上，该旋转基座可垂直上下移动。在将载体108移出腔室前，可移动载体108位于锥形屏蔽件118下方。伸缩盖环120图示为位于锥形屏蔽件118的顶部上的结构。随后，可向下移动旋转基座110，且随后在将载体108移出腔室前可用机械手臂提升载体108。

当溅射材料103时，可将材料103保持在锥形屏蔽件118内部而不超出该锥形屏蔽件。为了实行此举，伸缩盖环120可包括环部分122，该环部分向上弯曲并具有预定厚度。伸缩盖环120亦可包括相对于锥形屏蔽件118的预定间隙124及预定长度。因此，材料103可不位于旋转基座110下方，从而消除污染扩展到载体108上。

图1绘示个别护罩126。护罩126中的各者具有护罩旋转128以提供呈约30度至50度的角度130的阴极102。角度130的不同值在载体108的表面上提供不同的均匀性分布。在靶114中的一者的平面与载体108的平面之间测量角度130。

可设计护罩126以使得未沉积在载体108上的来自靶114的材料103中的大部分被包含在护罩126中，因此使得易于回收并保存材料103。这也使得用于靶114中的各者的护罩126中的一者能够对于该靶最佳化，以允许更好的粘着性和良好的缺陷性能。举例而言，大部分可包括材料103中的一者中的至少80％。

可设计护罩126以最小化阴极102之间的串扰(cross-talk)或串靶(cross-target)污染，且最大化对于阴极102中的各者所捕获的材料103。因此，来自阴极102中的各者的材料103将仅由护罩126中的一者个别地捕获，在该护罩之上安置阴极102。所捕获的材料可并未落在载体108上。

可涂覆载体108，其中使用来自护罩126之上的靶114的包括金属的沉积材料在载体108的表面上沉积材料103的均匀性132。随后，可使护罩126经由回收工艺。回收工艺不仅清洁护罩126，而且回收残留在护罩126上或护罩中的残余量的沉积材料。均匀性132与如何在载体108的表面上的预定数目的位置处均匀或平滑地沉积材料103有关。

举例而言，在护罩126中的一者上可存在铂，而在护罩126中的另一者上则为铁。由于铂是贵金属，比铁更贵重，因此可将具有铂的护罩126送出进行回收处理。

已发现，每次调整阴极102中的一者以便改变角度130改良了载体108的表面处的均匀性132。

亦已发现，旋转旋转屏蔽件106以便经由护罩126和屏蔽孔104中的一者暴露阴极102中的各者改良了可靠性，并且阴极102之间无交叉污染。

已进一步发现，旋转旋转基座110改良了均匀性132。

现参照图2，该图图示具有材料103的层204的堆叠的存储器装置202的示例性表格。可形成或产生层204的堆叠以制造或形成图1的载体108来用于存储器装置202。可使用本发明的实施方式的图1的沉积系统100沉积材料103。尽管在图2中图示十一个层204，但可存在任何数目的层204。

举例而言，存储器装置202可包括任何储存部件，该储存部件包括磁性随机存取存储器(MRAM)。例如，MRAM可表示针对嵌入式应用的次40纳米(nm)节点处的存储器技术。用于MRAM的沉积系统100可包括下文段落中所描述的因数。

如图2所示，MRAM可包括十一层堆叠，例如，该堆叠具有6至7种唯一或不同材料。因此，沉积系统100能够在单个腔室中沉积不同的材料103。

举例而言，沉积系统100可包括针对金属、绝缘体、合金及氮化物使用射频(RF)或直流(DC)方法的共同溅射能力。堆叠的堆叠厚度可在约7埃至150埃的范围内变化，具有较佳小于所沉积层204中的各者厚度的1％的极高非均匀性(NU)限制206、明确界面、平滑膜、均匀定向及低损坏的优势。极高NU限制206改良了图1的均匀性132。

可用独特设计的多靶或多阴极源处理上文的因数，如先前在图1中所示并将随后在图5至图6中所示的。多阴极源可包括图1的多个阴极102。可在腔室的腔室主体上安装多靶或多阴极源或基于腔室的腔室主体设计所述多靶或多阴极源。举例而言，腔室可表示PVD腔室。

材料103可包括任何材料，该材料包括金属或绝缘体。作为一具体实例，材料103可包括氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)、钌(Ru)、钽(Ta)、钴铁硼(CoFeB)、氧化镁(MgO)或镁氧、钴铁(CoFe)、铱锰金属(IrMn)、铂锰(PtMn)或上述的组合。

作为另一具体实例，可将TaN或TiN、Ru、Ta、CoFeB和MgO分别用作硬掩模、顶部电极、盖层、自由层和穿隧氧化物。作为又一具体实例，可将CoFeB、Ru、CoFe、IrMn或PtMn分别用作铁磁体、耦合体、铁磁体。作为又一具体实例，可将Ru和Ta分别用作底部电极和粘合剂或种晶。

作为一具体实例，TaN或TiN、Ru、Ta、CoFeB和MgO可分别包括75-100nm、5nm、5nm、1-2nm和1-2nm的厚度。作为另一具体实例，CoFeB、Ru、CoFe、IrMn或PtMn可分别包括2-3nm、0.9nm、2-3nm和7-20nm的厚度。作为又一具体实例，Ru和Ta可分别包括5-20nm和5nm的厚度。

现参照图3，该图图示图1的沉积系统100的阴极102中的一者的等角俯视图。目前，尚不存在此类使用多个阴极102的多靶溅射的工具，在等角俯视图中图示这些阴极中的一者。因此，已迫切需要设计一种多靶源，诸如如图1所示的具有多个阴极102的源，同时考虑到下文的设计因数。

可在具有小占地面积的腔室上安装多靶源。举例而言，由于材料昂贵，多靶源可为小型的，以使得图1的靶114可包括4至6英寸的大小或直径，且多靶源能够在单个腔室(诸如先前所描述的腔室)中沉积至少3种不同的材料。多靶源可包括个别调整件，这些调整件包括靶源高度调整件、角度调整件和磁体-靶间隔调整机构，以提供用于微调沉积工艺的额外旋钮302。

与沉积工艺相关的工作已从模拟开始，其考虑各种条件和可能性，其中包括靶114的各种不同直径、靶至载体间隔(水平X和垂直Y)、靶至载体角度或图1的角度130和每个源的靶114的数目。工作亦包括分析模拟数据集合及考虑遵循最佳条件所实现的设计可行性，如随后在图8中所图示的，图8提供具有0.5％-2％的极高NU限制的沉积非均匀性。

举例而言，沉积系统100可包括12个靶的集合，其中6个内座圈靶(inner race target)和6个外座圈靶，如随后在图6中所图示的。亦举例而言，各自具有4.72”的直径的靶114根据NU限制提供良好NU值且在腔室上容纳12个靶114为现实可行的。

例如，当将4.72”视为靶直径条件时，已基于此条件设计出个别源(诸如靶114中的一者)，使得在腔室的外径占地面积方面尽可能最小化。作为一具体实例，外径占地面积可包括7.7”的直径。

角度调整机构304提供角度移动以改变阴极102的角度位置。角度调整机构304可通过相对于或基于支点308旋转阴极102中的各者的摆臂306形成角度130来提供角度位置。支点308位于摆臂306的底端，其中将摆臂306附接至下凸缘310。

可在顶板314上安装水适配器方块(water adapter block)312。顶板314可位于上凸缘316之上，该上凸缘与下凸缘310一起提供外部波纹管组件318的上支撑结构和下支撑结构。

现参照图4，该图图示阴极102中的一者沿图3的线4--4截取的截面图。截面图描述个别靶源或阴极102中的一者。

图4描述阴极102中的一者的组件，其中可在沉积工艺期间调整磁体至靶间隔402。磁体至靶间隔402为阴极102中的一者的磁体404与靶114中的一者之间的距离。可手动或自动调整阴极102。可改变阴极102的溅射角度或图1的角度130，同时阴极102仍处于真空之下。

可将靶114中的各者限制或安装至背板406，该背板类似于具有容器形状的结构，外部波纹管组件318具有下凸缘310和上凸缘316。举例而言，可使用具有包括不锈钢(SST)的导电材料的柔性波纹管将下凸缘310和上凸缘316两者焊接在一起。

可在上凸缘316内部安装靶114中的各者。在下凸缘310和上凸缘316接地的情况下可形成接地屏蔽件。非导电环414帮助将接地屏蔽件与靶114电气隔离，这些靶可因与图1的电源112连接而带电。

举例而言，非导电环414可包括绝缘材料，诸如陶瓷或粘土。接地屏蔽件是安装在图1的锥形屏蔽件118的内部上的部分。

可从顶板314的顶表面螺栓固定顶板314，以压缩包括非导电环414在内的所有O形环来固持靶114处于适当位置中。因此，可实现真空以及漏水密封。各个源或阴极102中的各者可包括下文所描述的众多手动运动机构，以用于改良图1的均匀性132。举例而言，经螺栓固定的板材可包括绝缘体，诸如类似于玻璃纤维的一种绝缘体材料。

手动运动机构可包括图3的角度调整机构304，该角度调整机构使用绕下凸缘310枢转的摆臂306。摆臂306将线性滑动件418固持在摆臂306之上并位于阴极102中的各者的顶部部分处。摆臂306能够相对于图1的载体108将靶114调整+/-5度。这种灵活性允许在载体108的顶表面上微调NU分布。

手动运动机构可包括源升降机构420，其中摆臂306将线性滑动件418固持在阴极102中的各者的顶部部分处。线性滑动件418利用中空轴422固持源或图1的材料103。线性滑动件418沿中空轴422提供材料103的源移动，如双向垂直箭头所示。

手动运动机构可包括旋钮调整机构424，其中手动调整旋钮或阴极102中的各者的顶部部分处的旋钮302提供线性致动。旋钮调整机构424经设计以实现总冲程(stroke)长度。总冲程长度可包括任何数值。举例而言，总冲程长度可为2.5”。

手动运动机构可包括磁体至靶调整机构426以调整磁体至靶间隔402。可在源内部放置永磁体。内轴428将磁体404固持在中空轴422内部。内轴428可包括任何用于固持磁体404的结构。作为一具体实例，内轴428可包括轴。

阴极102中的各者顶部上的调整螺旋件430提供磁体至靶间隔402的线性调整。在实现磁体至靶间隔402的预定值后，侧锁定螺旋件432将磁体404固持在适当位置中。举例而言，磁体至靶间隔402的总可调冲程长度可为1”。

现参照图5，该图图示沉积系统100的一部分的侧视图。沉积系统100可包括多阴极腔室502。侧视图描述具有多阴极腔室502和阴极102的组件。

举例而言，多阴极腔室502可表示多阴极PVD腔室。亦举例而言，沉积系统100可包括针对MRAM应用的多靶PVD源设计。

单个整体式适配器(monolith adapter)或源适配器504将多个阴极102固持在适当位置中。举例而言，源适配器504可固持任何数目的阴极102。作为一具体实例，源适配器504可固持12个阴极102。

可将源适配器504安装在锥形适配器506上。源适配器504和锥形适配器506两者与上文所描述的工艺一起提供多靶源，如图4至图5所示。

多阴极腔室502可包括用于PVD和溅射的多个阴极102。可将阴极102中的各者连接至图1的电源112(包括DC或RF)。阴极102可具有任何数目的不同直径。举例而言，可存在两个直径。

通过改变输入阴极102的功率可存在各种不同量的图1的材料103。改变功率可控制材料103的图1的均匀性132，如随后由模拟结果所图示及描述的。可通过控制图1的旋转基座110进一步实现均匀性132。阴极102中的各者可应用不同的材料或材料103。

可存在阴极102的内环508及外环510。这些环亦可被称为座圈。阴极102可处于内环508、外环510或上述的组合中。具有内环508及外环510的目的在于实现高水平的均匀性132而无需旋转图1的载体108。高水平的均匀性132基于上文所描述的非均匀性(NU)限制。

已发现，使用直流(DC)或者射频(RF)电源的任一者施加电源112提供了高水平的均匀性132。

亦已发现，通过消除阴极102之间的任何交叉污染，在相同腔室(诸如多阴极腔室502)中将不同材料103应用于阴极102改良了可靠性。

现参照图6，该图图示沉积系统100的一部分的俯视图。俯视图绘示具有多个阴极102的内环508及外环510。

现参照图7，该图图示角度130的示意图。示意图用于模拟。靶114及载体108的位置基于角度130(表示为θ)及使用水平距离702及垂直距离704的靶至载体间隔。将水平距离702及垂直距离704分别表示为距离X及Y。在靶114与载体108的中心之间测量距离X及Y。水平距离702和垂直距离704可分别表示水平间隙和垂直高度。

出于说明性目的，可呈0度安置图5的内环508的图1的阴极102中的靶114，且距离X及Y分别为8”及13”。亦出于说明性目的，可呈15度安置图5的外环510的阴极102中的靶114，且距离X及Y分别为12.9”及12”。

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

水平距离702及垂直距离704的较大值提供较好或较小的非均匀性。然而，较大值提供较小的沉积速率且因此较小的材料效率。角度130依赖于图1的材料103的溅射分布。此为溅射材料或溅射原子的函数，该溅射原子包括氩(Ar)、氖(Ne)及氙(Xe)。

现参照图8，该图图示一曲线图，该曲线图图示图1的沉积系统100的模拟结果。曲线图是基于最佳条件之下的模拟数据。曲线图图示内部回路及外部回路中图1的阴极102的图1的靶114的模拟结果，这些内部回路及外部回路诸如图5的内环508及图5的外环510。

图8中的模拟结果展示出，对于0度及15度的余弦值，非均匀性值为0.5％-2％，其中图1的材料103中的每一者具有4个图1的载体108。具有12个靶114的多靶源与使用包括图4的旋钮调整机构424的手动运动机构的工艺一起实现更接近于模拟结果。此新型独特的多靶源能够允许进入新型存储器市场及探索包括MRAM的新机遇。

可与具有相同类型材料103的阴极102一起使用多靶源。可在改良图1的均匀性132的水平下将材料103溅射在载体108上，而无需保护载体108，只要多个阴极102包括相同的材料103即可。

曲线图分别在X轴及Y轴上以英寸为单位图示水平距离702及垂直距离704。例如，在内环508中，当水平距离702为约11”至16”且垂直距离704为至少约14”时，非均匀性值可小于或等于约0.5％。

如另一实例，在外环510中，当水平距离702为约11”至19”且垂直距离704为至少约12”时，非均匀性值可小于或等于约0.5％。当水平距离702及垂直距离704变为上文的大致范围以外的值时，非均匀性值可增大及变成大于0.5％。

现参照图9，该图图示阴极102中的一者的一部分的等角俯视图。可如图所示使阴极102中的一者旋转约30-50度。图9绘示连接器902四周的磁体404。

当断开连接器902时，连接器902防止包括RF电源的图1的电源112导通。举例而言，连接器902可为用于传输RF的联锁连接器或一种同轴连接器。

可存在任何数目的配件用作连接器902的两侧上的水适配器方块312。当将电源112供应至阴极102时，水适配器方块312提供水进入水适配器方块312的一者中并从水适配器方块312的另一者中输出，以供应水使阴极102中的图1的靶114中的一者的组件保持冷却。

阴极102中的各者可包括源连接器904，所述源连接器邻近于水适配器方块312且直接位于水适配器方块之间。源连接器904可表示源快速连接(source quick connect；SQC)连接器。源连接器904可包括源槽906。

现参照图10，该图图示阴极102中的一者的截面图。截面图绘示阴极102中的一者旋转40度。

磁体404可包括较大磁体1002。举例而言，较大磁体1002可表示磁控管。较大磁体1002可包括用作磁体的圆柱形结构。磁体404可在磁体404的中心处包括内部磁体1004，以形成用于靶114的闭环磁控管。

较大磁体1002为较大或具有比内部磁体1004的直径更大的直径。较大磁体1002围绕内部磁体1004。

阴极102中的各者可包括源传感器或源壳体结构1006，该源壳体结构容纳磁体子组件(诸如磁体404)。源壳体结构1006可包括任何材料，该材料包括诸如铝之类的导电材料。源壳体结构1006可包括绝缘壳体结构1008，以使用包括Ultem的绝缘体材料提供壳体。

可经由磁体404将图1的电源112供应至靶114。可存在金属连接器1012，该金属连接器经由源连接器904连接至电源112。可存在电源112至阴极102的中心馈送。举例而言，金属连接器1012可包括电气导电材料，该材料包括黄铜。

经由磁控管等离子体的阴极102的返回电流可经由C形钩1014流回。电流可随后经由图9的源槽906流回到源壳体结构1006，以提供通向电源112的良好返回路径。

诸如下绝缘体环1016及上绝缘体环1018的绝缘体环可包括诸如下O形环1020及上O形环1022的同轴密封O形环。下绝缘体环1016可部分位于上绝缘体环1018的正下方。下绝缘体环1016可包括比上绝缘体环1018的宽度更大的宽度。

下O形环1020可位于上O形环1022的正下方。下O形环1020及上O形环1022可直接位于上绝缘体环1018的底表面及顶表面上。下O形环1020及上O形环1022可分别位于上绝缘体环1018的正下方及正上方。

下绝缘体环1016、上绝缘体环1018、下O形环1020及上O形环1022可围绕较大磁体1002及绝缘壳体结构1008，以便提供与大气的密封。下O形环1020提供与水的密封。

现参照图11，该图图示阴极102中的一者的另一部分的截面图。截面图绘示图1的沉积系统100的差动泵送(differential pumping)细节。

图11绘示图1的靶114中的一者的组件如何差动泵送。当使用O形环(诸如内部O形环1102及外部O形环1104)时，可在O形环的一侧上抽真空，且另一侧可被暴露于大气中。

随后，跨越O形环的压力可为760托，例如，与大气压力一样。小分子可渗透穿过O形环，从而造成腔室内的压力增加。分子渗透与跨越O形环的压力成比例。

内部O形环1102比外部O形环至中心更靠近阴极102中的各者的中心。内部O形环1102及外部O形环1104可位于锥形适配器506的顶表面处的锥形适配器506内。内部O形环1102及外部O形环可位于顶部适配器或源适配器504下方。锥形适配器506围绕锥形屏蔽件118。

在这些O形环之间可存在连接，该连接经图示为顶部适配器中或下方的中心槽1106，所述中心槽向下至锥形适配器506的侧面处的差动泵送端口1108。可用压力泵送此连接，该压力可处于毫托范围内。O形环可具有大气与端口压力之间及随后端口与腔室压力之间的压力差。此图示两个O形环之间的压力。

如图11所示，位于差动泵送端口1108右侧且比外部O形环1104更靠近腔室的内部O形环1102与外部O形环1104相比可为最关键的O形环。内部O形环1102可表示真空O形环。内部O形环1102可具有非常小的压力，该压力可处于一纳托(nano-torr)至一毫托的大致范围内，而非一纳托至760毫托或1000毫托的范围内。此提供跨越真空O形环的压力明显减少近3-6个量级或达到12个量级的优势。

现参照图12，该图图示伸缩盖环120的截面图。截面图绘示与狭缝阀(slit valve)顶面1201对准的载体108。

图12绘示：腔室主体1202，在该腔室主体上安装锥形适配器506，以及在腔室主体1202的右壁上所示的开口1204。开口1204为狭缝阀，载体108经由该狭缝阀进入腔室。开口1204的顶部与图1的旋转基座110的顶部对准，载体108位于该旋转基座上。

伸缩盖环120经设计以提供伸缩沉积以用材料103覆盖载体108。此类伸缩覆盖允许增加的冲程且因此增加了图1的靶114的间隔，以有效地将材料103溅射至载体108上。

沉积环1206可位于伸缩盖环120下方且与伸缩盖环直接接触。中间件或中间环1208可位于沉积环1206之上且直接在锥形屏蔽件118上。在图12的左侧，可在载体108上沉积材料103。将沉积环1206部分地图示为紧邻载体108的环形部分。

在图12的中间，将伸缩盖环120图示为逆时针旋转的L形结构。伸缩盖环120可邻近于锥形屏蔽件118的一部分的左侧，该锥形屏蔽件可为静止的。将中间环1208图示为反向的L形结构，且该中间环直接位于锥形屏蔽件118上方。

伸缩盖环120可向上移动以提起中间环1208来提供继续行进的大或延伸的曲径(labyrinth)。首先，在伸缩盖环120与锥形屏蔽件118的部分之间建立曲径。随后，在伸缩盖环120移动某一预定时间后，曲径与中间环及锥形屏蔽件118继续行进。因此，如此长的伸缩设计允许非常长的曲径或长冲程以提供上文先前所描述的增加的冲程。

现参照图13，该图图示沉积分布的模拟的流程图。流程图描述MRAM模拟。流程图描述模拟中所使用的模型。举例而言，模型用于具有0.15米(m)的半径的几何形状的图1的载体108、矩形靶及100％中性发射，该发射使用来自图1的靶114的溅射物质的余弦发射。由图7中的标记X、Y及θ图示几何形状。

在上文所描述的模型中，可基于49点NU及2毫米(mm)边缘排除区绘制非均匀性(NU)值。已由模型计算49点位置上的沉积工艺。NU可被定义为点数的标准差，并除以平均沉积。在此情况中，假设为余弦发射，图1的角度130在0至65度的范围内变化，且图7的水平距离702及图7的垂直距离704在约4”至19”之间变化。

流程图绘示离散化方块1302、选取(pick)方块1304、求和方块1306、旋转方块1308及平均方块1310。离散化方块1302使靶114离散化成众多差分元件。举例而言，可存在10x10个差分元件。

选取方块1304选取载体108上的点(r,θ)。选取方块1304从靶114上的元件中的各者至载体108上的点计算视角因数。

求和方块1306从靶114上的每一元件计算由于溅射的点(r,θ)处的沉积厚度之和。针对载体108上的所有点重复此程序。下文将进一步描述沉积厚度。

旋转方块1308使载体108旋转各种度数。举例而言，可将载体108旋转120度或240度以模拟第二靶及第三靶。平均方块1310通过平均化来自载体108的0度、120度及240度旋转的结果计算载体108上的平均沉积。

现参照图14，该图图示一曲线图，该曲线图图示用模拟模型验证。举例而言，模拟可为Ansys三维(3D)模型。

曲线图图示作为图1的载体108的半径1404的函数的沉积厚度1402。可将曲线图中所示的沉积厚度1402归一化(normalized)。当并未旋转载体108时，可跨越载体108执行沉积。

从载体108的一端至载体108的另一端测量沉积厚度1402。在载体108的中心处测量沉积厚度1402。随后，将载体108的一端的沉积厚度1402减去6，且将载体108的另一端的沉积厚度1402加上6。

曲线图的左图及右图上的底部曲线展示出matlab码与模拟模型之间存在优异匹配。底部曲线展示出图1的均匀性132的良好水平，因为理想曲线图展示出线性线。右图上的底部曲线上方的上曲线展示出，与底部曲线相比，当图7的水平距离702及图7的垂直距离704增加时，均匀性132最差。

现参照图15，该图图示一曲线图，该曲线图图示图5的外环510的非均匀性1502。曲线图图示基于图1的多个靶114的非均匀性1502。若用于沉积工艺的图1的材料103为相同的，则非均匀性1502改良。因此，可无需确定图1的载体108的位置及靶114的数目。

在针对仅一个靶114的左上方曲线图中，随着载体108的半径1404在水平轴上自右向左减小，非均匀性1502改良。在针对靶114的数目的左下方曲线图中，当载体108的半径1404接近0时，非均匀性1502在曲线图的中心处改良。

在右上方曲线图中，当载体108的半径1404接近0时，非均匀性1502在曲线图的中心处改良。在右下方曲线图中，当载体108的半径1404接近0时，非均匀性1502改良。针对图5的内环508，随着载体108的半径1404从0开始增加，非均匀性1502改良。

现参照图16，该图图示一曲线图，该曲线图图示靶114的数目对非均匀性1502的影响。在上方曲线图中，随着靶114的数目增加到例如10个靶114，非均匀性1502改良。在下方曲线图中，随着靶114的数目增加到例如10个靶114，非均匀性1502改良。

应注意，6个以上的靶114并未更进一步地改良图1的均匀性132。任何剩余水平的均匀性132归因于径向非均匀性，通过添加更多靶114或通过旋转图1的旋转基座110无法修正该径向非均匀性。

现参照图17，该图图示一曲线图，该曲线图图示基于半径1404的非均匀性1502。通过组合图5的内环508及图5的外环510的图1的靶114与图1的旋转基座110展示非均匀性1502。

所绘制的非均匀性1502为标准差，经表示为图1的载体108的半径1404的平均值的分数(fraction)。曲线图图示针对内环508的顶部五个曲线及针对外环510的底部六个曲线。当沉积工艺包括约30％的内环508及70％的外环510时，改良或实现非均匀性1502，如从曲线图的底部向上的第四个曲线所示。

现参照图18，该图图示水平距离702及垂直距离704的配置。图18绘示与图1的载体108呈图1的角度130的靶114中的一者。举例而言，靶114可位于图5的外环510上。

在靶114中的一者与载体108之间图示水平距离702及垂直距离704。举例而言，在约15度的角度130下，对于外环510上的阴极102，图15的非均匀性1502可小于1.0％。

现参照图19，该图图示沉积系统100中的护罩126的截面图。在多阴极PVD腔室中，可避免源(诸如阴极102)之间的交叉污染、来自先前沉积溅射工艺的由沉积在屏蔽件(诸如旋转屏蔽件106及锥形屏蔽件118)上的图1的材料103所引起的交叉污染和膜上的污染。本文所进行的描述可与自旋-移送-转矩随机存取存储器(SPIN-Transfer-TORQUE Random Access Memory；STT_RAM)相关。

截面图绘示多阴极PVD腔室中的等离子体护罩(诸如护罩126)，该护罩用于减少或消除交叉污染。本发明的实施方式描述一种方案：包含阴极102中的各者的沉积工艺及在将一个膜溅射至沉积其他膜的区域中时限制等离子体展布，从而限制发生交叉污染的几率。

阴极102中的各者可专用于护罩126中的一者，该护罩与阴极102中的一者的大小相比容积更大。来自阴极102中的一者的沉积物可大部分被包含在护罩126中的一者内。

随后通过具有屏蔽孔104的旋转屏蔽件106使护罩126每次一个地暴露给载体108，这些屏蔽孔的各者包括相当于护罩126中的各者的开口大小或大致与开口大小相同的大小。在沉积工艺期间，护罩126中的各者捕获沉积物中的大部分及等离子体中的大部分。因此，在共用屏蔽件或锥形屏蔽件118及处理配件的其他区域上的任何沉积物可看到非常少的等离子体，且因此可实质上减少交叉污染。

等离子体的展布可被限制在护罩126中的一者中。由于在旋转屏蔽件106中存在屏蔽孔104，可在多阴极腔室502中的四周展布等离子体。通过使得护罩126较大及旋转屏蔽件106较小，可将等离子体保持在护罩126中的一者内部，从而最小化可展布到旋转屏蔽件106上的等离子体的量。

因此，增加护罩126中的各者的护罩容积并减小旋转屏蔽件106的屏蔽件容积减少或消除了交叉污染。若等离子体遍布整个多阴极腔室502，则任何残留在旋转屏蔽件106中的等离子体可最终终止于载体108上，且因此通过护罩126消除来自阴极102的等离子体污染。

现参照图20，该图图示护罩126中的一者的等角俯视图。等角俯视图描述护罩126中的一者的三维视图。

可设计护罩126中的各者的几何形状，以使得护罩126在沉积工艺期间捕获图1的材料103中的大部分。护罩126捕获材料103中的大部分导致极少或没有材料103残留在图5的多阴极腔室502及图1的旋转屏蔽件106中，因此消除交叉污染。此外，几何形状改良了图1的载体108的图15的非均匀性1502。

可设计几何形状，以使得诸如第一护罩端2002和第二护罩端2004的相对端具有不同的尺寸。第一护罩端2002比第二护罩端2004更窄。第一护罩端2002的第一宽度2006比第二护罩端2004的第二宽度2008更小。

现参照图21，该图图示一截面图，该截面图图示护罩126中的一者及旋转屏蔽件106。旋转屏蔽件106可非常靠近或邻近于阴极102。旋转屏蔽件106每次仅暴露阴极102中的一者。旋转屏蔽件106可位于锥形适配器506上方。

现参照图22，该图图示另一截面图，该截面图图示用于从阴极102中的一者捕获图1的材料103且位于旋转屏蔽件106之上的护罩126中的一者。

护罩126中的各者可包括比阴极102中的各者的阴极长度2204更大的护罩长度2202。因此，护罩126中的各者可在一个溅射步骤中捕获材料103中的一者中的若非全部则至少大部分，使得在用材料103中的另一者进行下一溅射步骤前未残留材料103中的该一者，以消除交叉污染。

已发现，护罩长度2202比阴极长度2204更大改良了可靠性，因为护罩126中的各者具有更多表面积来在一个溅射步骤中捕获所有材料103，从而减少或消除交叉污染。

现参照图23，该图图示一表格，该表格展示针对图5的多阴极腔室502的污染测试的结果。结果展示出，总之，需要前文所描述的图1的旋转屏蔽件106及具有图22的护罩长度2202的图1的各个护罩126来最小化串靶污染或交叉污染。

在不具有本发明的实施方式的基线与具有旋转屏蔽件106及长护罩的设计之间比较交叉污染，该长护罩诸如具有比图22的阴极长度2204更大的护罩长度2202的护罩126中的各者。结果展示出，由交叉污染产生的计数明显减少。计数被定义为每平方厘米10¹⁰个原子的数量(原子/cm²)。计数是指已用材料A溅射及随后用材料B溅射的图1的载体108上材料A的原子数量。

现参照图24，该图图示本发明的另一实施方式中的沉积系统的操作方法2400的流程图。方法2400包括：在方块2402中，调整阴极；在方块2404中，旋转阴极下方的旋转屏蔽件，以便经由阴极下方的护罩及经由旋转屏蔽件的屏蔽孔暴露阴极；及在方块2406中，旋转旋转基座，以便产生材料以在旋转基座之上形成载体，其中该材料具有小于材料厚度的1％的非均匀性限制及该阴极在阴极与载体之间具有一角度。

因此，已发现，上文所描述的实施方式中的值提供了大体上改良产品线的总体生产能力并降低产品线的成本的优势。通过图1的沉积系统100改良总体生产能力，该沉积系统能够在单个腔室中沉积不同材料。由于最小化硬件变化而降低了产品线的成本。

所提供的这些优势是由于在相同阴极上施加RF或DC供应、将不同材料应用于相同阴极及执行溅射工艺而无交叉污染的能力。所提供的这些优势亦是由于用图1的旋转基座110基于非均匀性(NU)限制实现非常高水平的图1的均匀性132及实施单个位(single bit)的旋转屏蔽件或图1的旋转屏蔽件106来实现改良的颗粒性能。

因此，已发现，本发明的实施方式的沉积系统100向具有图1的多个阴极102的沉积系统100提供了重要且迄今未知及不可用的解决方案、生产能力及功能方面。所得方法、工艺、设备、装置、产品和/或系统为简便、具有成本效益、不复杂、高度通用且有效的，可通过调整已知技术出人意料及不明显地实施，且因此易于适用于有效率且经济地制造与传统制造方法或工艺及技术完全相容的沉积系统。

本发明的实施方式的另一重要方面为本发明有价值地支持及服务于降低成本、简化系统及增加性能的历史趋势。

因此，本发明的实施方式的这些及其他有价值的方面促使技术状态至少发展至下一阶段。

尽管已结合具体最佳模式描述本发明，但是应将理解，根据上文描述的许多替代、修改及变化将对本领域的技术人员是显而易见的。因此，意在包含落入所包括的权利要求的范围内的所有此类替代、修改及变化。应在说明性且非限制性意义上解读本文迄今阐述的或附图中图示的所有事项。