[发明专利]一种磁控溅射装置

说明书

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种磁控溅射装置。

背景技术

磁控溅射装置被广泛应用于集成电路的加工。图1为典型的磁控溅射装置的结构简图。请参阅图1，磁控溅射装置主要包括反应腔室1、真空系统2、卡盘5、靶材6、供气系统7、磁控管3以及用于驱动磁控管运动的电机4。其中，卡盘5设置在反应腔体1的底部，用于承载被加工工件8。靶材6设置在反应腔体1的顶部，并与设置在反应腔室1外部的直流电源(图中未示出)连接，而且，直流电源向靶材6提供偏压。磁控管3设置在靶材6的上方，并在电机4的驱动下扫描靶材6的表面，从而将等离子体10聚集在靶材6的下方。真空系统2用于使反应腔室1保持工艺所需的真空度。供气系统向反应腔室1内部提供实施工艺所需的工艺气体，如氩气或氮气等。

该磁控溅射装置运行时，施加在靶材6的偏压使其相对于接地的腔体1为负压，工艺气体放电产生的等离子体中的正离子受负压的吸引轰击靶材6的表面，使靶材6表面的金属原子逸出并沉积在被加工工件8的表面，从而在被加工工件8的表面形成薄膜。由于沉积在被加工工件8的表面的金属离子沿被加工工件的直径成正态分布，导致沉积在被加工工件表面的薄膜中间厚、边缘薄，这直接影响产品的可靠性和一致性。

为此，本领域相关技术人员提出了一种改进的磁控溅射装置。图2为改进的磁控溅射装置的结构简图。请参阅图2，改进的磁控溅射装置中的磁控管3为非平衡磁控管，并在反应腔室1侧壁的外侧增设边磁铁9，而且，边磁铁9的磁极与磁控管3的外磁极3a的磁极的设置方向相同。除此之外，改进的磁控溅射装置与典型的磁控溅射装置的结构相同。在工艺过程中，非平衡磁控管在扫描靶材6时，其外磁极3a产生多余的磁力线(无法与内磁极3b形成磁回路的那部分磁力线)会与边磁铁9形成磁回路7，等离子体中的电子受该磁回路7的约束，可以增加反应腔室1边缘的电子密度，从而使被溅射的靶材金属离子向反应腔室1的边缘移动，这将增加靶材在被加工工件8边缘的沉积量增加，进而提高薄膜的厚度均匀性。

但是，在实际使用过程中，由于边磁铁9与磁控管3产生的磁回路随磁控管3的旋转而旋转，使得金属离子密度较高区域在不断的变化。实际上，改进的磁控溅射装置是动态增加被加工工件边缘的沉积量。当需要较薄的薄膜时，被加工工件表面的薄膜仍然存在中间厚、边缘薄的情况。

而且，边磁铁9和磁控管3产生的磁回路磁场分布不均匀，在反应腔室1的竖直方向上，靠近靶材6一侧的磁场强度较强，靠近边磁铁9一侧的磁场强度较弱，这使得靠近反应腔室1边缘的靶材金属离子的密度较小，从而影响薄膜厚度的均匀性。

发明内容

为解决上述技术问题之一，本发明提供一种磁控溅射装置，其可以增加反应腔室边缘区域的靶材金属离子的密度，从而提高薄膜厚度的均匀性。

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种磁控溅射装置，包括反应腔室、卡盘以及靶材，所述卡盘设置在所述反应腔室底部，其用于承载被加工工件，所述靶材设置在所述反应腔室顶部，在所述反应腔室侧壁的外侧设有边磁体，而且所述边磁体位于所述卡盘的上方，在所述卡盘的边缘包括辅助磁体，所述辅助磁体的磁极与所述边磁体的磁极同向设置，所述辅助磁体和所述边磁体形成磁回路，借助所述磁回路使等离子体中的金属离子向所述反应腔室的边缘区域移动，以增加靶材粒子在所述被加工工件边缘区域的沉积量。其中，所述辅助磁体为多个永磁柱，所述多个永磁柱均匀地镶嵌在所述卡盘的边缘位置。

其中，所述辅助磁体为永磁环，所述永磁环镶嵌在所述卡盘的边缘位置。

其中，所述辅助磁体为感应线圈，所述感应线圈与设置在反应腔室外部的第一直流电源连接，而且，所述感应线圈包括一匝或多匝线圈。

优选地，所述辅助磁体的内周缘与所述被加工工件的外周缘之间的距离为10-15mm。

其中，所述边磁体为多块永磁铁，所述多块永磁铁环绕所述反应腔室的侧壁均匀布置。

其中，所述边磁体为永磁环，所述永磁环套设于所述反应腔体的外侧。

优选地，所述边磁体为感应线圈，所述感应线圈与外设的第二直流电源连接，而且所述感应线圈包括一匝或多匝。

其中，所述卡盘为机械卡盘或静电卡盘。

其中，在所述靶材的上方还设有磁控管，所述磁控管为非平衡磁控管或平衡磁控管。

本发明具有以下有益效果：