专利名称：同心的中空阴极磁控管溅射源的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及溅射源且更具体地涉及磁控管溅射源、材料的沉积且更具体地涉及使用溅射源来沉积材料。
背景技术：
使用磁控管增强型溅射源来沉积材料已经被应用了 30多年。
图1示出典型的环形磁控管溅射源的横截面。溅射源100位于真空室101中。真空室101经由口 109附接至真空泵(未示出)。磁体106布置成2个同心的环且附接至铁轭107，产生穿入靶108且大致与靶表面109平行100的强磁场104。平行于靶表面109的强磁场110通常> 300高斯， 该强磁场捕获靶表面109附近的气体离子，导致可得到的用于溅射的离子提高了好几个数量级，这导致溅射速率的相应提高。电源(未示出)DC或RF从室101被以电子方式附接至靶108。气体，通常为氩气，通过MFClll被计量进入真空室101，以使压强通常为3X10E-3 至1 X 10E-2托。接通电源且对于DC电源使电压升高至300伏至400伏，而对于RF电源通常为1KW-10KW，导致靶表面109的溅射。靶材料108沉积到由夹具03保持在适当位置的基材105上，这通常是温度控制的。与没有磁体106的溅射相比，这样的布置导致材料从靶 108至基材表面105上的沉积速率提高10至100倍。各种其它的磁体布置已经用于溅射，所有都基于磁场穿入靶的表面且磁场平行于靶表面。图2示出了一个实例且已知为中空的阴极200。中空的阴极200位于真空室101 中，真空室101附接到真空泵(未示出)且具有与图1 一样的气体注入口 110。中空的阴极 200位于真空室101中，真空室101被附接至真空泵(未示出)且具有与图1 一样的气体注入口 110。中空的阴极200由柱形的外壳202组成。磁体206的2个环附接至铁轭207，产生穿入靶208的强磁场204。DC或RF电源(未示出)从真空室101被附接至靶208，如在图1中所进行的。氩气通过口 110且通常用MFClll计量而被引入真空室101，以使压强通常为3-10X10E-3托。接通电源且对于DC电源为300伏至400伏，而对于RF电源通常为 1KW-10KW。当磁场210大致平行于靶表面209时，发生溅射。至基材表面的沉积速率比无磁体时的沉积速率大很多倍。中空的阴极200导致定向地溅射且用于溅射至具有纵横比即 >5 1特征的基材上。因此，需要在低压下进行高速沉积的系统和方法。本发明解决了这样的需要。发明概述公开了一种允许在比先前已获得的压强低一或两个数量级的压强下进行高速沉积的新的溅射源。这导致具有对基材减少的离子和电子损坏的较致密的膜。附图简述图1示出典型的环形磁控管溅射源的横截面的实例。图2示出现有技术的已知为中空的阴极的实例。图3示出本发明的由环形外壳组成的溅射源的横截面。图4是本发明的俯视图且示出布置成六边形的磁体的内环和磁体的外环。优选实施方式的详细描述
本发明一般涉及溅射源且更具体地涉及磁控管溅射源、材料的沉积且更具体地涉及使用溅射源来沉积材料。下面的描述被提出以使本领域技术人员能够制造和使用本发明且被提供在专利申请和其要求的上下文中。对本文描述的优选实施方式和一般原则以及特征的各种修改将对本领域技术人员是易于明显。因此，本发明不意图被限制于所示的实施方式，而是要给予与本文描述的原则和特征一致的最宽的范围。本发明是“同心的中空阴极溅射源”且被在图3中示出。图3是溅射源300的横截面，溅射源300由环形外壳302组成。两排磁体306、319的六边形外环被附接至铁轭302 且两排磁体306、319的六边形内环被附接至铁轭302，以及两排磁体313、318的六边形内环也被附接至铁轭302。铁轭302是对于来自所有磁体的磁通量的回路。图4是本发明的俯视图且示出布置成六边形的磁体313的内环和磁体306的外环。其它构型是可能的，例如三边形、四边形等，然而，六边形是优选的构型。所有的磁体都被附接至铁轭307。参考图3，磁场具有三个分量。第一分量是从上排外部磁体319至下排外部磁体 306的磁场314，磁场314穿入靶312的外排且大致平行于外部靶表面309，外部靶表面309 捕获表面309附近的离子且导致从外部靶表面312高速溅射。第二磁场316从上部磁体 318的内排至下部磁体313的内排产生，磁场316穿入内部靶308且大致平行于内部靶表面 322且在内部靶表面322处捕获离子且导致从内部靶表面322高速溅射。第三磁场304从上部磁体319的外环至磁体318的内环产生。相似的磁场321在由下部磁体306的外环和下部磁体313的内环之间的腔315底部产生。磁场304和321捕获腔315内的离子和电子， 这导致腔315内的离子强度提高且允许在2X 10E-5至IX 10E-2托且优选地在5 X 10E-5 至5XE-4的压强下溅射。其它磁控管溅射源例如平面源100和中空的阴极200需要从 3X10E-3至1 X 10E-2托的压强。该同心的中空的源300的低的压强导致较致密的溅射膜， 且较少的使用在溅射过程中的氩气或任何其它气体被捕获在沉积膜中。较低的压强还提高真空中的平均自由路径，降低气体分子和溅射的材料之间的碰撞，导致到达基材表面的溅射材料的平均能量得以提高，这还提高了沉积材料密度。捕获腔315内的离子和电子的第二个优点是与平面源100或中空的阴极200相比，极大地减少了到达基材表面105的离子和电子的数目。减少到达基材表面105的离子和电子极大地降低了对在基材表面105上制造的半导体设备的离子和电子损坏。虽然已根据所示的实施方式描述了本发明，但本领域技术人员将易于认识到可存在对实施方式的变体且那些变体将在本发明的精神和范围内。例如，虽然接合(splice)优选由传导性材料例如铝制成，但它可以用其表面被增加了传导能力的非传导性材料制成且其使用将在本发明的精神和范围内。因此，本领域技术人员可作出许多修改，而不偏离所附权利要求的精神和范围。
权利要求
1.一种在真空室内的同心的溅射源，所述同心的溅射源包括外环中的两排磁体和内环中的两排磁体。
2.如权利要求1所述的同心的溅射源，其中所述外环上的所述两排磁体和所述内环上的所述两排磁体被布置成使得上部环上的磁极吸引磁体的内部的上部环且还吸引磁体的外环，且磁体的内部的下部环吸引磁体的外部的下部环。
3.如权利要求1所述的同心的溅射源，其中所述外环磁体被附接至第一铁轭，所述第一铁轭是磁场上的回路；且所述内环磁体被附接至第二铁轭，所述第二铁轭是磁场上的回路。
4.如权利要求1所述的同心的溅射源，其中所述内部磁体环和所述外部磁体环由三条边或更多条边组成。
5.如权利要求1所述的同心的溅射源，其中所述内部磁体环和所述外部磁体环优选地由六条边组成。
6.如权利要求1所述的同心的溅射源，其中靶表面处的磁场为200高斯-1000高斯。
7.如权利要求1所述的同心的溅射源，其中所述靶表面处的所述磁场优选为300高斯-400高斯。
8.如权利要求1所述的同心的溅射源，其中从所述外部磁体环至所述内部磁体环的磁场为300高斯-1000高斯。
9.如权利要求1所述的同心的溅射源，其中从所述外部磁体环至所述内部磁体环的磁场优选为300高斯-400高斯。
10.如权利要求1所述的同心的溅射源，其中所述真空室以低至2X10E-5托的压强操作。
全文摘要
公开了一种允许在比先前已获得的压强低一或两个数量级的压强下进行高速沉积的新的溅射源。这产生具有对基材减少的离子和电子损坏的较致密的膜。
文档编号C23C14/00GK102282286SQ200980154576
公开日2011年12月14日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月16日
发明者丹尼尔·布鲁尔斯, 亚特·舒伦伯格, 戴夫·科雷亚, 杜米尼克·施密特, 迈克尔·豪兰 申请人:4D-S有限公司