[发明专利]磁控源和磁控溅射设备、以及磁控溅射方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子制造技术领域，特别涉及一种磁控源、磁控溅射设备以及磁控溅射方法。

背景技术

磁控溅射技术广泛地应用于集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能及LED等领域。所谓溅射是指利用荷能粒子(例如氩离子)轰击固体表面，从而引起表面各种粒子，如原子、分子或团束从该物体表面逸出的现象。如图1所示，为一种磁控溅射设备的示意图。该磁控溅射设备包括高真空工艺腔的腔体1、位于所述腔体1之内的用以承载晶片的静电卡盘9和抽气口10。其中，腔体1由腔室主体2和适配器(adaptor)8组成，其中，腔室主体2由底座和周壁构成。在高真空工艺腔1之上设有被溅射的靶材3、以及隔离部件4构成的密封腔室，密封腔室和靶材3之间充满去离子水7，其中，该隔离部件4采用绝缘材料构成，例如石英等，其使去离子水7与其他部件绝缘。磁控管6设置在密封腔室内，且磁控管6在电机5的作用下做高速的转动。

在该磁控溅射设备中，等离子体产生于密封腔室中。等离子体的正离子被阴极负电所吸引，轰击密封腔室中的靶材3，撞出靶材3的原子，并沉积到晶片上。在非反应溅射的情况下，气体是惰性气体，例如氩气。在反应溅射中，则可采用反应气体和惰性气体一起使用。

随着半导体技术的不断发展，超大规模集成电路目前都以Cu互连为主。主要是因为铜具有较低的电阻率、较低的电子迁移率的优势。伴随着半导体芯片的进一步集成化，对于铜互连沟壑与通孔镀膜深宽比要求变得的越来越大，PVD设备开始向IPVD(Ionized-PVD)发展，IPVD的技术特点是要求对溅射金属的离化率高，离化后的金属离子，可以通过外部再增加电场与磁场技术进行方向导引，这样可以实现高深宽比的沟壑填充，并满足填充的一致性。得到高离化率的方法之一是采用一个小型但是强力的磁控管，作用于一个靶材的小的区域上，这样可以在单位面积上产生较高的功率密度，这样可以增加金属的离化率，离化了的金属可以在静电卡盘上加载的电压的吸引下较准直的运动，同样可以在腔室周壁上加上变磁场，使离子流发生方向改变，实现对通孔侧壁填充的一致性，从而提高通孔的填充效果。

然而由于溅射靶材比较昂贵，因此小型的磁控管又带来一个技术问题：如何使磁控管的运行轨迹合理的覆盖整个靶面，在得到理想的均匀的靶材刻蚀效果的同时，还能够提高靶材利用率。目前普遍采用的方案是将磁控管的扫描机构的轨迹设计为定轨迹，而这种定轨迹运动模式对靶面的覆盖并不均匀，磁控管重复经过较多的地方刻蚀较快，而其它地方则刻蚀较慢。这样当靶材的刻蚀较快之处到达靶材最底端时，就会使得整个靶材报废。因此本领域的技术人员面临的问题就是如何提高靶材的利用率，提高金属离化率。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决靶材的利用率和金属离化率低的问题。

本发明实施例一方面提出了一种磁控源，包括：靶材；磁控管，所述磁控管位于所述靶材上方；靶材厚度测量器，所述靶材厚度测量器用于检测所述靶材的厚度；扫描机构，所述扫描机构与所述磁控管相连以控制所述磁控管以预定轨迹在所述靶材上方移动，且所述扫描机构与所述靶材厚度测量器相连以在磁控管停止运行时控制所述靶材厚度测量器在所述靶材上方移动以检测所述靶材的厚度；和控制器，所述控制器分别与所述靶材厚度测量器和所述扫描机构相连，所述控制器对所述磁控管的预定轨迹进行设定，并根据靶材厚度测量器检测的厚度测量信息调整所述磁控管的预定轨迹。在本发明的一个实施例中，所述控制器可为上位机，即可为控制磁控溅射设备的工控机。

本发明实施例通过靶材厚度测量器对靶材进行厚度检测，从而根据靶材厚度检测结果及时地调整磁控管的运行轨迹，以达到提高靶材利用率和金属离化率的目的。

在本发明的一个实施例中，所述靶材厚度测量器安装在所述磁控管上。通过将靶材厚度测量器与磁控管设置为一体，这样就可以通过一个扫描机构对靶材厚度测量器和磁控管分别进行控制，在磁控管工作时刻停止靶材厚度测量器的工作，而在靶材厚度测量器工作时可停止磁控管的工作，从而本发明的磁控源结构简单，成本低。

在本发明的一个实施例中，所述靶材厚度测量器安装在磁控管的中心位置。

在本发明的一个实施例中，所述靶材厚度测量器为涡流传感器。

在本发明的一个实施例中，所述磁控管为电磁铁。