[发明专利]用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置及其方法。

背景技术

物理气相沉积(以下也简称“PVD”)制程是一种已知用来沉积材料薄膜于基底的方法，通常用来制造半导体装置。PVD制程是在高真空反应室中完成，上述反应室(chamber)之中含有基片(例如晶圆)以及预沉积于基片上的材料固体来源或厚板，亦即PVD靶材。PVD靶材材料被带电气体离子轰击后，发生溅射，溅射出来的靶材材料沉积在基片的表面，形成所需要的薄膜材料。

有许多用以完成PVD的方法，例如蒸镀、电子束蒸镀、等离子喷涂沉积以及溅镀(sputtering)。目前，溅镀是一种用来执行PVD最常用的方法。其中磁控溅射以能够大大提高溅镀速率而被广泛关注。磁控溅射是指在阴极(通常为靶材)与阳极(通常为安装待镀基片的基片安装座或镀膜腔体壁)之间加一个正交磁场和电场，在真空镀膜腔体中充入所需要的惰性气体(通常为氩气)，在电场的作用下，氩气电离成氩离子(带正电荷)和电子，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在待镀基片上成膜。同时，氩离子在轰击靶材时放出二次电子，二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛伦磁力的影响，被束缚在靠近靶材表面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高。在电磁场的共同作用下，二次电子的运动轨迹为沿电场方向加速，同时绕磁场方向螺旋前进的复杂曲线，使得该二次电子的运动路径变长，在运动过程中不断与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终以极低的能量飞向待镀基片，使得待镀基片的升温较低。

磁控溅射利用磁场束缚以延长二次电子的运动路径，改变二次电子的运动方向，提高惰性气体的电离率和有效利用电子的能量，从而提升溅镀速率。然而随着靶材的消耗，靶材表面与磁体之间的距离发生了改变，使靶材表面的磁场强度发生改变，从而影响了离子对靶材的轰击，最终改变了沉积速率。因此，如何使靶材表面的磁场强度稳定以保持沉积速率是亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置及其方法，以解决如何使靶材表面的磁场强度稳定的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供了一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，所述物理气相沉积腔室包括靶和磁体，所述靶具有有效表面，用以溅射靶材料，所述用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置还包括：侦测器，用以测量所述靶消耗的厚度值；位置控制元件，根据所述靶消耗的厚度值调整所述靶和所述磁体之间的距离。

进一步的，所述位置控制元件包括数据接收单元，所述数据接收单元与所述侦测器信号连接，用以接收所述侦测器测量的靶消耗的厚度值。

进一步的，所述位置控制元件还包括螺纹杆，用以调整所述靶和所述磁体之间的距离。

进一步的，所述侦测器为称重器。

进一步的，所述侦测器为红外线发生器。

进一步的，所述侦测器为声学侧厚仪。

本发明提供还提供了一种用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法，包括：利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并将所述厚度值发送至位置控制元件；所述位置控制元件根据所述厚度值调整所述靶和所述磁体之间的距离，使所述靶的有效表面磁场强度稳定。

进一步的，所述位置控制元件包括数据接收单元，所述数据接收单元与所述侦测器信号连接，用以接收所述侦测器测量的靶消耗的厚度值。

进一步的，所述位置控制元件还包括螺纹杆，用以调整所述靶和所述磁体之间的距离。

本发明提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置，利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并根据该厚度值，利用位置控制元件调整靶和磁体之间的距离，以使靶表面的磁场强度稳定。

本发明提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法，通过侦测器的测量以及位置控制元件的调整，增强了靶材材料在物理气相沉积过程中沉积速率的稳定性，使整个工艺过程的可控性更高。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定的方法的步骤流程图；

图3是本发明实施例二提供的用于物理气相沉积腔室的靶磁场强度稳定装置的结构示意图。

具体实施方式