[發(fā)明專利]磁控濺射設(shè)備中銅靶刻蝕形貌的仿真計算方法

有效

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• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN102521445A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王人成;胡偉;閻紹澤;季林紅;程嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H01J37/32
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造設(shè)備設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁控濺射設(shè)備中銅靶刻蝕形貌的仿真計算方法。

背景技術(shù)

在芯片加工的物理氣相淀積工藝中，濺射技術(shù)因優(yōu)秀的臺階覆蓋能力被廣泛采用。目前設(shè)備多數(shù)選用磁控濺射技術(shù)，但靶材利用率低是個顯著缺點(diǎn)。隨著線寬變小，濺射靶材的化學(xué)純度必須在99.999％甚至99.9999％以上，因此濺射靶材的價格非常昂貴。較低的靶材利用率造成了大量的材料浪費(fèi)，如何設(shè)計出具有較高靶材利用率的磁電管是業(yè)內(nèi)關(guān)注的一個焦點(diǎn)。

在磁電管設(shè)計過程中，對靶材刻蝕形貌進(jìn)行仿真計算是關(guān)鍵，有很多工程技術(shù)人員進(jìn)行了相關(guān)研究。從工作原理可知，腔室中受磁場約束的等離子體產(chǎn)生高能粒子轟擊靶材，刻蝕出的靶材粒子在硅片表面濺鍍出導(dǎo)電薄膜?；诖巳藗冎饕獜膬蓚€不同途徑對靶材的刻蝕進(jìn)行模擬研究：其一采用Monte?Carlo方法研究腔室中粒子的運(yùn)動及分布狀況，從而模擬出靶材的刻蝕形貌。比如華中理工大學(xué)胡作啟等建立了單粒子模型，結(jié)合靶材表面磁場的分布，采用Monte?Carlo方法研究了濺射氣體粒子的運(yùn)動規(guī)律，得到靶材表面濺射產(chǎn)額的圖形。合肥工業(yè)大學(xué)劉珍指出了這種方法的不足之處，因為模擬粒子數(shù)目通常比實際數(shù)目要小的多，所以模擬的結(jié)果與實際情況還有一定的誤差，增加模擬粒子的數(shù)目會帶來非常大的計算量。捷克共和國S.Kadlec開發(fā)了一套采用Monte?Carlo方法模擬平面磁控濺射的三維軟件，他用這套軟件模擬薄膜淀積均勻性及靶材刻蝕情況。其二通過分析靶材表面磁場分布情況，由磁場分布與濺射率的對應(yīng)關(guān)系，模擬出靶材的刻蝕形貌。比如電子科技大學(xué)于賀等通過靶材表面磁場分布與刻蝕的對應(yīng)關(guān)系，逐點(diǎn)計算后得出靶面的刻蝕形貌。合肥工業(yè)大學(xué)陳明采用了同樣的方法去模擬Gencoa公司的一款靶材刻蝕形貌，但對磁力線的疏密程度與濺射坑的深度之間的映射關(guān)系做了改進(jìn)，改進(jìn)后的計算結(jié)果與Gencoa公司的結(jié)果較為接近。華中理工大學(xué)胡作啟等建立的磁控濺射系統(tǒng)物理模型中采用了一種便于計算的映射關(guān)系，即靶材濺射率與磁電管磁場在靶材表面的水平分量成正比，在ANELVA射頻磁控濺射系統(tǒng)上進(jìn)行刻蝕實驗，得到的實驗結(jié)果同模擬結(jié)果相吻合。

目前尚未看到針對銅靶的刻蝕形貌進(jìn)行仿真計算的文獻(xiàn)，這是因為刻蝕銅靶的磁控濺射設(shè)備具有一種特殊結(jié)構(gòu)的磁電管。由于銅金屬的自濺射特性，設(shè)備選用的磁電管必須保證銅的高離化率，一般都采用小型、高磁場強(qiáng)度磁電管，這種磁電管刻蝕跑道面積很小，只能通過設(shè)計出復(fù)雜的磁電管運(yùn)動軌跡，才能保證對靶材刻蝕的均勻性，這就使得腔室磁場動態(tài)變化非常復(fù)雜難以模擬。另外由于濺射銅靶設(shè)備的腔室濺射環(huán)境比較復(fù)雜，如何在保證計算精度的前提下，盡可能減少計算量，使仿真程序能夠運(yùn)行下去也是一個難點(diǎn)。針對銅靶的刻蝕形貌進(jìn)行仿真計算，如果采用劉珍、S.Kadlec等人利用Monte?Carlo方法研究粒子運(yùn)動規(guī)律的途徑，將會帶來龐大的計算量，故利用磁場分布與濺射率的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行模擬，又由于設(shè)備腔室內(nèi)動態(tài)磁場遠(yuǎn)比于賀、陳明等人研究的靜態(tài)磁場復(fù)雜，故必須解決動態(tài)磁場刻蝕仿真問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種磁控濺射設(shè)備中銅靶刻蝕形貌的仿真計算方法。

為了實現(xiàn)對銅靶刻蝕形貌進(jìn)行仿真，本發(fā)明包括以下步驟：

第一步：通過ansys仿真或在xy平臺上用三維高斯計測量，取得磁電管在靶材表面磁場強(qiáng)度的水平分量，對于具有周向?qū)ΨQ性的磁電管，用磁電管直徑方向磁場作為靶材表面磁場強(qiáng)度的水平分量；

第二步：對各點(diǎn)磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行多項式擬合，將離散數(shù)據(jù)變成連續(xù)的函數(shù)，以便于后續(xù)賦值計算；

第三步：建立有效磁場數(shù)據(jù)矩陣，將擬合后曲線數(shù)值賦值于整個磁電管圓周表面，求得刻蝕跑道矩陣；

第四步：根據(jù)磁電管實際結(jié)構(gòu)及運(yùn)動原理，計算磁鐵組件中心點(diǎn)運(yùn)動軌跡方程，即刻蝕跑道掃描路徑；

第五步：建立靶材刻蝕矩陣，選定步長，計算該步長上磁鐵組件運(yùn)動的確切位置，由磁電管磁場數(shù)據(jù)與靶材刻蝕程度成正比的對應(yīng)關(guān)系，確定刻蝕系數(shù)，得到該步長上靶材刻蝕矩陣；

第六步：將靶材刻蝕時間t離散化，由磁鐵組件中心點(diǎn)運(yùn)動軌跡方程，計算每一步長上離散點(diǎn)確切位置，將每一個離散點(diǎn)上的靶材刻蝕矩陣疊加，得刻蝕時間t后靶材刻蝕矩陣；

第七步：通過矩陣運(yùn)算，得到需要的參數(shù)或圖形，比如靶材刻蝕三維形貌、靶材刻蝕曲線、刻蝕跑道圖形、運(yùn)動軌跡圖形、靶材利用率大小等等。

本發(fā)明的有益效果為：