[发明专利]磁控溅射设备及方法

说明书

本发明提供一种磁控溅射设备及方法。磁控溅射设备包括溅射腔体、基座、射频电源及磁铁装置；基座位于溅射腔体内，与射频电源电连接，磁铁装置位于溅射腔体的顶部；磁铁装置包括第一护磁环、第二护磁环、护磁板和多个磁铁，第二护磁环环设于第一护磁环的外围，护磁板位于第一护磁环和第二护磁环的下方，磁铁沿各护磁环的长度方向间隔分布于各护磁环和护磁板之间，磁铁的两端分别与护磁板及对应的护磁环连接，其中，各护磁环均包括至少一段沿护磁环的长度方向蜿蜒起伏分布的曲线段，相邻护磁环的曲线段对应设置；第一护磁环和第二护磁环下方的磁铁上端的极性相反。采用本发明，可以大幅改善低深宽比孔槽结构的金属填充均匀性。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体设备，特别是涉及一种磁控溅射设备及方法。

背景技术

PVD磁控溅射是集成电路制造过程中沉积金属膜层等相关材料层时广泛采用的方法，是填充深孔、硅通孔和深槽结构的主要技术，比如热铝填充就主要采用PVD磁控溅射技术。

热铝工艺要填充的一般都是深宽比不高的结构。除了要控制好晶须等缺陷的数量，热铝工艺还应具有良好的台阶覆盖率。为了保证高溅射速率，热铝溅射一般都是采用标准的PVD溅射腔，靶材到晶圆的距离通常在30-60mm之间。对于标准溅射腔，台阶覆盖率的好坏（或高低）主要受两个关键参数的影响，一个是工艺温度，另一个就是靶材背面的磁铁装置。一般来说，工艺温度越高，台阶覆盖率就越好。但是温度太高会导致铝膜表面晶须等缺陷数量过多。在工艺温度不能过高的情况下，磁铁装置整体设计直接关系到整片晶圆表面的台阶覆盖率。现有的磁控溅射设备中的磁铁装置的整体结构如图1所示。采用该结构的磁铁装置，靶材中心和边缘的磁场较强，而靶材半中间区域的磁场较弱，使得对应靶材区域溅射下来的靶材粒子能量偏低、入射角大（同竖直方向的夹角偏大），导致晶圆表面对应区域（半中间区域）出现台阶覆盖率偏低的问题，晶圆表面半中间区域的孔槽填充会出现图2所示的孔隙或空洞，严重影响到器件的可靠性。除热铝填充之外，在填充金属铜、金属钨等其他材料时，也会出现类似的问题。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磁控溅射设备及方法，以解决现有的磁控溅射设备因磁铁装置产生的磁场在靶材中心和边缘的区域较强，而靶材半中间区域较弱，使得对应靶材区域溅射下来的靶材粒子能量偏低、入射角大，导致晶圆表面对应区域出现台阶覆盖率偏低的问题，晶圆表面半中间区域的孔槽填充会出现孔隙或空洞，严重影响到器件的可靠性等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种磁控溅射设备，所述磁控溅射设备包括溅射腔体、基座、射频电源及磁铁装置；所述基座位于所述溅射腔体内，用于承载基板，所述基座与射频电源电连接，以在基板上产生负偏压，所述磁铁装置位于溅射腔体的顶部；所述磁铁装置包括第一护磁环、第二护磁环、护磁板和多个磁铁，所述第二护磁环环设于第一护磁环的外围，护磁板位于第一护磁环和第二护磁环的下方，磁铁沿各护磁环的长度方向间隔分布于各护磁环和护磁板之间，磁铁的两端分别与护磁板及对应的护磁环连接，其中，各护磁环均包括至少一段沿护磁环的长度方向蜿蜒起伏分布的曲线段，相邻护磁环的曲线段对应设置，曲线段区域的磁铁分布密度大于非曲线段区域的磁铁分布密度；第一护磁环和第二护磁环下方的磁铁上端的极性相反。

可选地，各护磁环的曲线段形貌包括波浪形和/或之字形，曲线段区域的磁铁分布密度是非曲线段区域的磁铁分布密度2倍到5倍。

可选地，各曲线段的长度为30mm-120mm，幅值为20mm-50mm。

可选地，各护磁环均包括两段以上，且依磁铁装置的中心线对称分布的曲线段。

可选地，磁铁的形状包括圆柱体和/或立方体。