螺旋形磁控管及磁控溅射设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种溅射沉积技术，特别是涉及一种包括磁控管的短程溅射沉积技术及磁控溅射设备。
【背景技术】
[0002]现有技术中，物理气相沉积技术或溅射沉积技术是半导体工业中最广为使用的一类薄膜制造技术，泛指采用物理方法制备薄膜的薄膜制备工艺。物理气相沉积技术可应用于很多工艺领域，如铜互连线技术、封装领域中的硅穿孔技术等等。
[0003]磁控管产生的磁场束缚电子，限制电子的运动范围，并延长电子的运动轨迹，使电子最大幅度的离化；部分其他离子在靶材表面反应形成化合物；另一部分其他离子受靶材负电压的吸引轰击靶材，撞击出靶材表面上形成的化合物，化合物运动到基片上并沉积。
[0004]虽然磁控管能够实现全靶腐蚀，并且在靶材不同半径处能够均匀腐蚀从而使得靶材利用率很高，超过70%。由于靶材均匀腐蚀，所以相同时间内，靶材边缘溅射下来的粒子与中心处溅射下来的粒子数基本相等，但是由于靶材不同半径处溅射粒子到基片角度分布不同,靶材边缘处粒子到达基片整体角度小于靶材中心处粒子到达基片的整体角度,导致沉积薄膜在基片表面中间厚，边缘薄，在靶基间距50-60mm时，300mm的基片厚度均匀性大于3% ο
[0005]鉴于上述缺陷，本发明人经过长时间的研究和实践终于获得了本发明创造。
【发明内容】
[0006]基于此，有必要提供一种均匀溅射的螺旋形磁控管及磁控溅射设备。
[0007]本发明的一种螺旋形磁控管，包括内磁极和外磁极，其特征在于，所述内磁极和所述外磁极的极性相反；
[0008]所述内磁极和所述外磁极均由多条螺旋线组成，所述内磁极螺旋线的螺旋中心围绕在所述内磁极螺旋线的内部；
[0009]所述外磁极螺旋线的螺旋中心与所述内磁极螺旋线的螺旋中心相同；所述外磁极螺旋线与所述内磁极螺旋线均从所述螺旋中心向外周螺旋离散，所述外磁极的螺旋线逐层包围所述内磁极的螺旋线；
[0010]离所述螺旋中心最远的所述内磁极螺旋线与相邻的所述内磁极螺旋线在末端合并，合并末端沿离所述螺旋中心最远的所述内磁极螺旋线的轨迹延伸；
[0011]离所述螺旋中心最远的所述外磁极螺旋线包围所述内磁极螺旋线的合并末端，离所述螺旋中心最远的所述外磁极螺旋线的末端与相邻的所述外磁极螺旋线之间以圆弧连接；
[0012]相邻的所述内磁极螺旋线圆滑连接，形成封闭环；相邻的所述外磁极螺旋线圆滑连接，形成封闭环。
[0013]作为一种可实施方式，在所述螺旋中心、边缘和中部的不同位置，相邻的所述内磁极和所述外磁极之间的间隙不相同。
[0014]作为一种可实施方式，所述内磁极和所述外磁极之间的间隙从所述螺旋中心向边缘逐渐减小或逐渐增大。
[0015]作为一种可实施方式，所述间隙从中部向所述螺旋中心逐渐减小，并且所述间隙从中部向边缘也逐渐减小；
[0016]或所述间隙从中部向所述螺旋中心逐渐增大，并且所述间隙从中部向边缘也逐渐增大。
[0017]作为一种可实施方式，所述内磁极与所述外磁极的螺旋线方程为r =aX Θ n+bX (cos Θ )m+cX (tan θ )k+d ；
[0018]其中，坐标原点为所述内磁极的螺旋中心，X轴为所述外磁极最内部的端点与所述内磁极的螺旋中心的连线，r为螺旋线上的点到所述内磁极的螺旋中心的距离，Θ为螺旋线上的点与X轴的夹角；
[0019]a、b、c、d 为常数；0 彡 η 彡 2，O 彡 m 彡 2、C=O 或 k=0。
[0020]作为一种可实施方式，所述间隙的范围为10 — 60mm。
[0021]作为一种可实施方式，所述内磁极螺旋线与所述外磁极螺旋线的数量分别为三条。
[0022]作为一种可实施方式，三条所述内磁极螺旋线的螺旋线方程分别为:
[0023]r = 4.875X θ 1701+1.46X (cos θ ) 1 244-26.72，其中 1.5 彡 Θ 彡 2.6 π ；
[0024]r = 8.31Χ θ 1 235+10.84Χ (cos θ ) 1 362+39.02，其中 1.72 彡 Θ 彡 3.14 π ；
[0025]r = 4.64Χ θ 2+35.84Χ (cos θ ) 1 695-48.52，其中 1.1 3? 彡 θ 彡 1.72 π ；
[0026]三条所述外磁极螺旋线的螺旋线方程为:
[0027]r = 4.75Χ θ 192+1.25Χ (cos θ ) 1 56+32.49，其中 0.25 彡 Θ ^ 2 π ；
[0028]r = 17.54Χ θ α78+5.45Χ (cos θ )112+179.42，其中 O 彡 Θ 彡 1.15 π ；
[0029]r = 6.42Χ θ 198+1.88Χ (cos θ ) 1 95+45.41，其中 0.3 彡 θ 彡 1.14 π。
[0030]作为一种可实施方式，所述的螺旋形磁控管使用于标准腔室；
[0031]标准腔室中，靶材到基片的距离小于80mm。
[0032]作为一种可实施方式，相邻的所述内磁极螺旋线的端点之间以弧线首尾相连；相邻的所述外磁极螺旋线的端点之间以弧线首尾相连。
[0033]一种磁控溅射设备，包括磁控腔、高真空工艺腔、靶材、基片、托盘与所述的螺旋形磁控管；
[0034]所述基片置于所述托盘的上表面，所述基片与所述托盘置于所述高真空工艺腔内；
[0035]所述螺旋形磁控管置于所述磁控腔内；
[0036]所述靶材置于所述磁控腔与所述高真空工艺腔之间，所述靶材的背面朝向所述磁控腔。
[0037]作为一种可实施方式，用于金属硬掩膜TiN沉积时，所述靶材到所述基片的距离为 50—70mm。
[0038]作为一种可实施方式，用于除TiN之外的其他氮化物或金属沉积时，所述靶材到所述基片的距离为30—90mm。
[0039]作为一种可实施方式，所述内磁极的螺旋中心位于所述靶材的中心；
[0040]所述外磁极的螺旋中心与所述内磁极的螺旋中心相同。
[0041]与现有技术比较本发明的有益效果在于:螺旋形磁控管有利于控制离子分布，平衡中心和边缘的粒子数量，得到电阻率均匀性较好的薄膜，进而得到更好工艺性能的薄膜，特别是TiN薄膜；得到较好的化合物电阻率均匀性，并使得形成的薄膜的方块电阻及膜厚均匀性均能符合要求；等离子体路径短，降低了等离子体的启辉电压。磁控溅射设备的溅射效率高，靶材能够全靶均匀腐蚀；能用于各种工艺条件，适用范围广泛。
【附图说明】
[0042]图1为长、短程磁控溅射形成的薄膜厚度对比示意图；
[0043]图2为本发明的螺旋形磁控管的示意图；
[0044]图3为本发明的磁控溅射设备的剖视示意图；
[0045]图4为本发明的磁控溅射设备的靶材腐蚀曲线。
【具体实施方式】
[0046]为了解决金属沉积的均匀性不好的问题，提出了一种螺旋形磁控管及磁控溅射设备来得到沉积均匀的薄膜。
[0047]以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0048]请参阅图1所示，其为长、短程磁控溅射形成的薄膜厚度对比示意图，对于50-70mm短程溅射的基片，靶材I不同半径处溅射粒子对短程溅射的基片的整体角度分布比长程溅射基片大。短程溅射时，靶材I边缘处夹角小，中心处夹角大，导致短程溅射形成的薄膜2的中间厚，两边薄。长程溅射形成的薄膜3的中间厚，两边薄，但中间和两边的差异较小，均匀性较高。
[0049]即使靶材I能够全靶均匀腐蚀，短程溅射形成的薄膜2的厚度均匀性也较差，只有考虑减小溅射粒子到基片整体角度分布差异才能获得好的薄膜沉积均匀性。
[0050]采用靶材边缘补偿腐蚀能够解决均匀性问题，使相等时间内使靶材I边缘处溅射下来的粒子数大于靶材I中心处溅射下来的粒子数，从而增加短程溅射的基片2边缘处的薄膜厚度，