[發明專利]磁控管及磁控濺射系統

有效

• 申請號: 201610371827.2
• 申請日: 2016-05-30
• 公開（公告）號: CN107447195B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 楊玉杰;張祿祿
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 孫向民

公開了一種磁控管及磁控濺射系統。所述磁控管可以包括內磁極和外磁極，所述外磁極圍繞所述內磁極，所述外磁極與所述內磁極的磁極方向相反，其特征在于，所述磁控管還包括：輔助磁組，所述輔助磁組包括多個磁柱，所述多個磁柱的磁極方向與所述磁控管的磁極方向相同。

技術領域

本發明涉及電子工藝設備領域，更具體地，涉及一種具有輔助磁組的磁控管以及應用該磁控管的磁控濺射系統。

背景技術

在電子工藝領域，濺射是指荷能粒子(例如氬離子)轟擊固體表面，引起表面各種粒子，如原子、分子或團束從該物體表面逸出的現象。在磁控濺射設備中，等離子體產生于腔室中，等離子體的正離子被陰極負電所吸引，轟擊腔室中的靶材，撞出靶材的原子，并沉積到襯底上。在非反應濺射的情況下，氣體是惰性氣體，例如氬氣。在反應濺射中，則采用反應氣體和惰性氣體一起使用。磁控濺射設備廣泛應用于集成電路、液晶顯示器、薄膜太陽能及其LED領域。

為了改善濺射的效果，在靶材附近使用了磁控管，它可以迫使等離子中的電子按照一定的軌道運動，增加了電子的運動時間，從而增加了電子和要電離的氣體的碰撞的機會，從而得到高密度的等離子體，提供高的沉積速率。同時磁控管所控的電子的軌道會影響不同位置的靶材的侵蝕速率，影響靶材的壽命。同時還會影響薄膜的沉積的均勻性。

圖1示出了現有技術的磁控濺射設備的示意圖。如圖1所示，反應腔室101由腔室主體102和工藝組件108組成，103為被濺射的靶材，104為絕緣材料(例如G10)，絕緣材料104和靶材103中間充滿了去離子水107(用于冷卻靶材)，磁控管106在電機105的驅動下繞中心軸旋轉，109為承載晶片的靜電卡盤，110為排氣口，連接反應腔室外的真空系統(未示出)。

圖2a和圖2b分別示出了現有技術的磁控濺射設備的磁控管的俯視圖和側視圖，其中，圖2b中的箭頭表示磁力線。磁控管(Magnetron)是指設置在靶材背部的特定分布的一系列磁體構成的整體機構，磁控管可提供穿過靶材的磁場，在靶材面向真空腔室的一面形成磁場分布。如圖2a和圖2b所示，該磁控管為圓環型，其內磁極201和外磁極202之間具有相同寬度的間距(gap)203，構成內外磁極的磁鐵205通過圓形的孔洞204被夾在上端的由磁性材料(通常為磁性軟不銹鋼)制成的磁軛(magnetic yoke)206和下端具有由相同磁性材料制成的磁極件(magnetic pole piece)207中間并固定。

圖3示出了磁控濺射的原理的示意圖。如圖3所示，濺射時直流(DC)電源會施加偏壓至靶材，使其相對于接地的腔體成為負壓。電子在電場的作用下，在飛向基片的過程中與氬原子發生碰撞，產生帶正電的氬離子和一個新的電子。電子飛向基片，氬離子在電場的作用下加速飛向陰極靶材，并以高能量足轟擊靶材，使靶材發生濺射。

發明人發現，現有技術的磁控濺射設備在靶材表面形成的磁場強度較弱，如需提高磁場強度，則必須使用較高的濺射電壓和/或在濺射時維持較高的工藝壓力。因此，有必要開發一種能夠提高靶材表面磁場強度，以降低濺射電壓和/或維持濺射時工藝壓力的磁控管以及應用該磁控管的磁控濺射系統。

公開于本發明背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本發明的一般背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明提出了一種磁控管以及應用該磁控管的磁控濺射系統，其通過設置輔助磁組以改進磁控管的結構，實現降低磁控濺射的濺射電壓、工藝啟輝壓力以及維持濺射時的壓力的效果。

根據本發明的一方面，提出了一種磁控管。所述磁控管包括內磁極和外磁極，所述外磁極圍繞所述內磁極，所述外磁極與所述內磁極的磁極方向相反；所述磁控管還包括輔助磁組，所述輔助磁組包括多個磁柱，所述多個磁柱的磁極方向與所述磁控管的磁極方向相同。

根據本發明的另一方面，提出了一種磁控濺射系統，所述磁控濺射系統可以采用如上所述的磁控管。