[发明专利]一种磁控元件和磁控溅射装置

说明书

本发明提供一种磁控元件和磁控溅射装置。该磁控元件包括闭合磁控管和非闭合磁控管，闭合磁控管的内磁极和外磁极之间组成闭合的等离子体路径，非闭合磁控管的第一磁极和第二磁极之间组成非闭合的等离子体路径，闭合的等离子体路径和非闭合的等离子体路径用于至少对应覆盖靶材中心到靶材边缘的半径区域。该磁控元件能够实现靶材的全靶腐蚀，从而避免靶材的中心区域出现颗粒，提高靶材的利用率；还能提高溅射过程中金属靶材的离化率；同时提高了晶片上通孔的填充效果。

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术领域，具体地，涉及一种磁控元件和磁控溅射装置。

背景技术

溅射是指荷能粒子(例如氩离子)轰击固体表面，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。在磁控溅射装置中，等离子体产生于腔室中，等离子体的正离子被阴极负电所吸引，轰击腔室中的靶材，撞出靶材的原子，并沉积到衬底上。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，则采用反应气体和惰性气体一起使用。磁控溅射设备广泛的应用于集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能及LED领域。

为了改善溅射的效果，在靶材附近使用了磁铁，它可以迫使等离子中的电子按照一定的轨道运动，增加了电子的运动时间，从而增加了电子和要电离的气体碰撞的机会，从而得到高密度的等离子体，提供高的沉积速率。同时磁铁所控的电子的轨道会影响不同位置的靶材的侵蚀速率，影响靶材的寿命。同时还会影响薄膜的沉积的均匀性。

为了实现溅射过程中高的离化率和靶材的全靶腐蚀，现有技术一中如图1a-1c所示，磁控管6采用肾形嵌套式结构，由电机带动沿驱动轴4旋转，较快的转速会使离心力超过弹簧5弹力，从而使磁控管6处在靶材7边缘位置，此时磁控管6作用下的等离子体刻蚀靶材7边缘位置。较低的转速则使得离心力小于弹簧5弹力，磁控管6被拉回到靶材7中心位置，此时等离子体刻蚀靶材7中心区域，防止中心区域产生颗粒。

具体来说，如图1b所示，旋转驱动轴4以一定转速逆时针旋转，转速足够高使得驱动板8和其固定的磁控管安装板9绕着托架10上的轴14转向外侧；相反，如图1c所示，转速很低时，驱动轴4仍然逆时针转动，但很低的转速使得弹簧5弹力超过离心力，弹簧5将驱动板8和其固定的磁控管安装板9绕着托架10上的轴14拉向内侧。磁控管在两个位置间的转换可以通过调节转速完成。例如，当磁控管从外侧转向内侧时，转速可以从68rpm降到50rpm以下，当它在内侧位置时，转速稳定为50rpm。当从内侧转向外侧时，转速从50rpm增加到68rpm以上，再减小到68rpm。

现有技术一中，由于弹簧存在疲劳问题，所以很难通过不同转速准确控制磁控管实现全靶腐蚀。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种磁控元件和磁控溅射装置。该磁控元件能够实现靶材的全靶腐蚀，从而避免靶材的中心区域出现颗粒，提高靶材的利用率；还能提高溅射过程中金属靶材的离化率，从而提高晶片上通孔的填充效果。

本发明提供一种磁控元件，用于溅射靶材，包括闭合磁控管和非闭合磁控管，所述闭合磁控管的内磁极和外磁极之间组成闭合的等离子体路径，所述非闭合磁控管的第一磁极和第二磁极之间组成非闭合的等离子体路径，所述闭合的等离子体路径和所述非闭合的等离子体路径用于至少对应覆盖所述靶材中心到所述靶材边缘的半径区域。

优选地，所述闭合的等离子体路径和所述非闭合的等离子体路径互不重叠，所述磁控元件的旋转中心对应位于所述闭合的等离子体路径或者所述非闭合的等离子体路径中，所述磁控元件的旋转中心与所述靶材中心重合。

优选地，所述闭合磁控管对应位于所述靶材边缘区域的正投影方向上，所述非闭合磁控管对应位于所述靶材中心区域的正投影方向上。

优选地，所述闭合磁控管对应位于所述靶材中心区域的正投影方向上，所述非闭合磁控管对应位于所述靶材边缘区域的正投影方向上。