[发明专利]具有逆向侵蚀轮廓表面的溅射靶、溅射系统、及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括磁控溅射系统、溅射靶和用于使用物理汽相沉积在衬底上溅射镀膜的方法的磁控溅射涂覆技术领域。

背景技术

磁控溅射通常用于使用物理汽相沉积(PVD)涂覆具有膜的衬底。溅射镀膜溅射用于在例如半导体行业、光学行业、数据存储行业中生产膜，也用于生产功能膜或用于其他用途的涂层。磁控溅射源，更准确地说是磁控阴极溅射源，由于其提供了高沉积速度而被广泛使用。半导体制造工业使用的半导体晶圆或使用在其他工业的其他工件，被定位在磁控溅射系统的处理腔室中，溅射靶被粘附在系统中，并且产生电场和磁场以引起溅射靶材侵蚀并且使得被释放的靶材料针对半导体晶圆或其他工件。

尤其是，在溅射阴极中，通过以下方式形成涂覆材料：通过来自等离子放电的高能离子将靶侵蚀，并且被离子释放的材料形成膜通过物理汽相沉积(PVD)涂覆在衬底上。等离子体放电通常在排空的工艺腔室(即真空腔室)中进行，在具有电势的工作气体的气流控制下，通过阳极和阳极之间的电源来施加电流。

在导电溅射靶材料的标准情况下，利用连续或脉冲负电压提供靶，使得在靶表面上方形成等离子体。通过在等离子体和溅射靶表面之间形成的电场，来自等离子体的带正电的离子被加速朝向负偏置的溅射靶表面(即阴极)上，轰击靶表面，并且通过来自溅射靶的释放材料引起溅射靶的侵蚀，并且致使材料从靶表面被溅射掉。从经过侵蚀的靶释放的材料自阴极定向至定位在支撑架上并保持在阳极或阳极附近的半导体衬底或其他工件，藉此涂覆半导体衬底或工件。对于不导电的靶材料，使用高频电源利用高频脉冲引起溅射靶的离子轰击，由此实现靶的溅射侵蚀工艺。

从靶释放的材料沉积在衬底上，其与溅射靶中含有的成分基本相同。

在磁控溅射系统中，靶上方的等离子浓度通过磁场猛烈增加。由磁场产生的高等离子浓度区域中的离子，具备了高能量。磁场由安装在靠近溅射靶并且相对于溅射靶具有固定位置的磁体的阵列产生。磁体装置通常设置在溅射靶旁边溅射靶溅射表面的对面，并且在工艺腔室的外部。因为靶支架相对于磁体装置具有固定的位置，当磁控溅射系统运行时，由磁体装置产生的磁力线相对于磁体和相对于溅射靶具有固定的位置。靶可采用各种几何形状，诸如椭圆形、圆形、或者长方形。被涂覆的单个或多个衬底在涂覆过程中可以移动或者静止。

然而，在传统的磁控溅射系统中，靶具有不平坦侵蚀轮廓。无论其形状如何，靶在相对于固定的磁体装置产生的固定的磁场的特定位置优先侵蚀。当磁体装置位于溅射靶的后面时，由此产生的磁场形成闭环圆形路径作为重塑电子运动轨迹的电子陷阱。通过磁体装置形成的磁力线决定溅射靶的侵蚀模式，这是因为建立等离子体释放的电子的能量是由磁场给予的，并且以相对于磁力线成90度角的方向被加速。一旦将侵蚀面建立在靶表面上，其在整个靶寿命中保持不变。

靶的不平坦侵蚀轮廓可导致沉积膜(即涂层)的平坦性差。

靶实际上由靶材料组成，靶材料作为涂层被溅射，沉积在可以是铁磁或其他金属材料的垫板上。当靶上特定位置的空间优先侵蚀引起这些位置的靶材料被彻底消耗而背衬材料被暴露时，问题产生了。尤其是，溅射靶的垫板的材料被等离子体离子击中而被侵蚀，形成了涂层的不期望的部分。这会污染涂层和系统。因此，必须使得在所有位置上的靶材料被完全消耗之前，改变该靶。这导致在靶的频繁处置中非侵蚀部分中可用的靶材料的部分仍旧非常厚，造成无效成本。

明显地，期望避免这种情况并增加整个靶的利用率，并且确保衬底上的涂层平坦。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种溅射靶，能够与磁控溅射系统中的磁体装置一起使用，并且包括设置在平坦垫板上方的靶材料，所述靶材料具有包括较厚部分和较薄部分的不平坦上溅射表面。

在该溅射靶中，所述较厚部分的厚度至少是所述较薄部分的厚度的1倍，并且所述不平坦上溅射表面的厚度在所述较薄部分和所述较厚部分之间逐渐变化。

在该溅射靶中，所述靶材料包括与所述平坦垫板相接合的平坦底表面。

在该溅射靶中，当所述溅射靶被安装在所述磁控溅射系统中时，所述较薄部分被设置在磁体装置的磁极上方，并且当所述溅射靶被安装在所述磁控溅射系统中时，所述较厚部分被设置在所述磁体装置的磁极之间。

在该溅射靶中，所述磁体装置包括具有穿过所述靶延伸的弧形横截面的磁场，并且所述弧形在相对于所述不平坦上溅射表面的椭圆形方向上延伸。

在该溅射靶中，所述溅射靶的形状为圆形，并且其中，每一个所述较薄部分和每一个所述较厚部分都围绕着所述溅射靶弓形地延伸。