[发明专利]磁控管装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，特别涉及一种用于磁控溅射技术的磁控管装置。

背景技术

随着晶体管尺寸不断缩小到亚微米级，正如摩尔定律的预测，在高效率、高密度集成电路中的晶体管数量上升到几千万个。这些数量庞大的有源元件的信号集成需要多达十层以上的高密度金属连线，然而这些金属互连线带来的电阻和寄生电容已经成为限制这种高效集成电路速度的主要因素。基于这个因素的推动，半导体工业从原来的金属铝互连线工艺发展成金属铜互连线，同时低介电常数介质材料替代了二氧化硅成为金属层间的绝缘介质。铜金属减少了金属连线层间的电阻，同时增强了电路稳定性；低介电常数介质材料则减少了金属连线层之间的寄生电容。

通常，在集成电路、光伏电池等半导体工业中的金属材料(例如上述铜、铝金属互连线)一般通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)方法制备。而溅射(Sputtering)沉积是半导体工业中最广为使用的一类物理气相沉积薄膜制造技术；溅射过程主要包含有以下基本步骤：1)在真空腔室等离子体中产生正的氩离子，并向具有负电势的金属靶加速；2)氩离子在加速过程中获得动量，并轰击金属靶材；3)氩离子通过物理过程从金属靶材上撞击出金属原子；4)被撞击出的金属原子迁移到半导体基底表面；5)被溅射的原子在半导体基底表面凝聚并形成薄膜，所形成的薄膜具有和金属靶材的材料基本相同的组份；6)残余的气体由真空泵抽出真空腔室。

磁控溅射(Magnetron Sputtering)技术是目前主流的溅射技术，其特点是在靶材背向真空腔室的一面排布磁体，磁体排布的整体机构称为磁控管，磁控管提供的磁场穿过靶材，在靶材面向真空腔室一面的靶材表面形成磁场分布，在相交的电场与磁场的作用下，限制电子的运动范围，并延长电子的运动轨迹，使电子最大幅度的离化氩气原子形成氩离子，大幅提高氩离子浓度，从而可以有效的降低溅射技术所需的电学与气氛需求，是一种高效率的溅射技术。

但是，磁控溅射技术本身也存在很高的设计难点，与磁控管提供的磁场分布密切相关。通常在靶材的表面区域内，与靶材表面平行或近似平行磁力线排布的区域溅射速率高，而其他区域溅射较少甚至基本不被溅射，这样，一方面，靶材本身的利用率受到磁力线分布的影响，另一方面，因为被溅射出的粒子可能重新沉积在靶材表面，逐渐积累在溅射较少甚至不被溅射的靶材表面区域，最终形成杂质颗粒，如果掉落在待加工的半导体晶片上会造成电路器件的失效，影响产品的良率。

为避免上述问题，业内设计了多种解决方案，图1所示为目前一种磁控管，该磁控管11由一组磁体构成，在圆靶12的径向方向上可以处于两个不同的位置(由实线和虚线表示)，该磁控管11能够以圆靶12的圆心为旋转轴转动。在溅射制备薄膜的过程中，磁控管11处于圆靶12的外环位置旋转，可以溅射圆靶12外环区域的材料，而在其他时间(例如非溅射过程)，磁控管11处于圆靶12是内环区域旋转溅射，去除在圆靶12中心附近区域累积的粒子，从而避免颗粒的产生。

然而问题在于，去除圆靶内环区域累积的粒子不是在溅射制备薄膜的过程中，也就是说该圆靶内环部分的材料完全被浪费，而且还要准备专门的时间用于溅射靶材的内环区域，降低了设备的使用率。

发明内容

本发明解决的问题是如何避免靶材的浪费并提高磁控溅射设备的使用率。

为解决上述问题，本发明提供一种磁控管装置，设置于靶材的一侧，所述靶材包括外环区域和位于外环区域内的中心区域，所述磁控管装置包括：

外环区磁控管，位于所述外环区域；

中心区磁控管，位于所述中心区域；

旋转机构，分别与所述外环区磁控管和中心区磁控管连接；其中，

所述旋转机构带动所述外环区磁控管以靶材中心为转轴作圆周旋转运动，并带动所述中心区磁控管以靶材中心为转轴作圆周旋转运动或小行星轨迹旋转运动。

所述外环区域包括至少两个半径不等的同心子外环区，则所述外环区磁控管包括相应的至少两个子外环区磁控管。

所述外环区磁控管或所述子外环区磁控管包括至少一个磁体组，所述磁体组以靶材中心为转轴同步旋转。

所述至少一个磁体组的中心位于以靶材中心为圆心的不同圆周或同一圆周上。

所述至少一个磁体组沿圆周方向均匀分布。

各个所述子外环区磁控管的旋转机构可以相同或各自独立，其旋转方向可以彼此相同或相反。