專利名稱：同心的中空陰極磁控管濺射源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及濺射源且更具體地涉及磁控管濺射源、材料的沉積且更具體地涉及使用濺射源來沉積材料。
背景技術(shù)：
使用磁控管增強(qiáng)型濺射源來沉積材料已經(jīng)被應(yīng)用了 30多年。

圖1示出典型的環(huán)形磁控管濺射源的橫截面。濺射源100位于真空室101中。真空室101經(jīng)由口 109附接至真空泵(未示出)。磁體106布置成2個同心的環(huán)且附接至鐵軛107，產(chǎn)生穿入靶108且大致與靶表面109平行100的強(qiáng)磁場104。平行于靶表面109的強(qiáng)磁場110通常> 300高斯， 該強(qiáng)磁場捕獲靶表面109附近的氣體離子，導(dǎo)致可得到的用于濺射的離子提高了好幾個數(shù)量級，這導(dǎo)致濺射速率的相應(yīng)提高。電源(未示出)DC或RF從室101被以電子方式附接至靶108。氣體，通常為氬氣，通過MFClll被計量進(jìn)入真空室101，以使壓強(qiáng)通常為3X10E-3 至1 X 10E-2托。接通電源且對于DC電源使電壓升高至300伏至400伏，而對于RF電源通常為1KW-10KW，導(dǎo)致靶表面109的濺射。靶材料108沉積到由夾具03保持在適當(dāng)位置的基材105上，這通常是溫度控制的。與沒有磁體106的濺射相比，這樣的布置導(dǎo)致材料從靶 108至基材表面105上的沉積速率提高10至100倍。各種其它的磁體布置已經(jīng)用于濺射，所有都基于磁場穿入靶的表面且磁場平行于靶表面。圖2示出了一個實(shí)例且已知為中空的陰極200。中空的陰極200位于真空室101 中，真空室101附接到真空泵(未示出)且具有與圖1 一樣的氣體注入口 110。中空的陰極 200位于真空室101中，真空室101被附接至真空泵(未示出)且具有與圖1 一樣的氣體注入口 110。中空的陰極200由柱形的外殼202組成。磁體206的2個環(huán)附接至鐵軛207，產(chǎn)生穿入靶208的強(qiáng)磁場204。DC或RF電源(未示出)從真空室101被附接至靶208，如在圖1中所進(jìn)行的。氬氣通過口 110且通常用MFClll計量而被引入真空室101，以使壓強(qiáng)通常為3-10X10E-3托。接通電源且對于DC電源為300伏至400伏，而對于RF電源通常為 1KW-10KW。當(dāng)磁場210大致平行于靶表面209時，發(fā)生濺射。至基材表面的沉積速率比無磁體時的沉積速率大很多倍。中空的陰極200導(dǎo)致定向地濺射且用于濺射至具有縱橫比即 >5 1特征的基材上。因此，需要在低壓下進(jìn)行高速沉積的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明解決了這樣的需要。發(fā)明概述公開了一種允許在比先前已獲得的壓強(qiáng)低一或兩個數(shù)量級的壓強(qiáng)下進(jìn)行高速沉積的新的濺射源。這導(dǎo)致具有對基材減少的離子和電子損壞的較致密的膜。附圖簡述圖1示出典型的環(huán)形磁控管濺射源的橫截面的實(shí)例。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的已知為中空的陰極的實(shí)例。圖3示出本發(fā)明的由環(huán)形外殼組成的濺射源的橫截面。圖4是本發(fā)明的俯視圖且示出布置成六邊形的磁體的內(nèi)環(huán)和磁體的外環(huán)。優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述
本發(fā)明一般涉及濺射源且更具體地涉及磁控管濺射源、材料的沉積且更具體地涉及使用濺射源來沉積材料。下面的描述被提出以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明且被提供在專利申請和其要求的上下文中。對本文描述的優(yōu)選實(shí)施方式和一般原則以及特征的各種修改將對本領(lǐng)域技術(shù)人員是易于明顯。因此，本發(fā)明不意圖被限制于所示的實(shí)施方式，而是要給予與本文描述的原則和特征一致的最寬的范圍。本發(fā)明是“同心的中空陰極濺射源”且被在圖3中示出。圖3是濺射源300的橫截面，濺射源300由環(huán)形外殼302組成。兩排磁體306、319的六邊形外環(huán)被附接至鐵軛302 且兩排磁體306、319的六邊形內(nèi)環(huán)被附接至鐵軛302，以及兩排磁體313、318的六邊形內(nèi)環(huán)也被附接至鐵軛302。鐵軛302是對于來自所有磁體的磁通量的回路。圖4是本發(fā)明的俯視圖且示出布置成六邊形的磁體313的內(nèi)環(huán)和磁體306的外環(huán)。其它構(gòu)型是可能的，例如三邊形、四邊形等，然而，六邊形是優(yōu)選的構(gòu)型。所有的磁體都被附接至鐵軛307。參考圖3，磁場具有三個分量。第一分量是從上排外部磁體319至下排外部磁體 306的磁場314，磁場314穿入靶312的外排且大致平行于外部靶表面309，外部靶表面309 捕獲表面309附近的離子且導(dǎo)致從外部靶表面312高速濺射。第二磁場316從上部磁體 318的內(nèi)排至下部磁體313的內(nèi)排產(chǎn)生，磁場316穿入內(nèi)部靶308且大致平行于內(nèi)部靶表面 322且在內(nèi)部靶表面322處捕獲離子且導(dǎo)致從內(nèi)部靶表面322高速濺射。第三磁場304從上部磁體319的外環(huán)至磁體318的內(nèi)環(huán)產(chǎn)生。相似的磁場321在由下部磁體306的外環(huán)和下部磁體313的內(nèi)環(huán)之間的腔315底部產(chǎn)生。磁場304和321捕獲腔315內(nèi)的離子和電子， 這導(dǎo)致腔315內(nèi)的離子強(qiáng)度提高且允許在2X 10E-5至IX 10E-2托且優(yōu)選地在5 X 10E-5 至5XE-4的壓強(qiáng)下濺射。其它磁控管濺射源例如平面源100和中空的陰極200需要從 3X10E-3至1 X 10E-2托的壓強(qiáng)。該同心的中空的源300的低的壓強(qiáng)導(dǎo)致較致密的濺射膜， 且較少的使用在濺射過程中的氬氣或任何其它氣體被捕獲在沉積膜中。較低的壓強(qiáng)還提高真空中的平均自由路徑，降低氣體分子和濺射的材料之間的碰撞，導(dǎo)致到達(dá)基材表面的濺射材料的平均能量得以提高，這還提高了沉積材料密度。捕獲腔315內(nèi)的離子和電子的第二個優(yōu)點(diǎn)是與平面源100或中空的陰極200相比，極大地減少了到達(dá)基材表面105的離子和電子的數(shù)目。減少到達(dá)基材表面105的離子和電子極大地降低了對在基材表面105上制造的半導(dǎo)體設(shè)備的離子和電子損壞。雖然已根據(jù)所示的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于認(rèn)識到可存在對實(shí)施方式的變體且那些變體將在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。例如，雖然接合(splice)優(yōu)選由傳導(dǎo)性材料例如鋁制成，但它可以用其表面被增加了傳導(dǎo)能力的非傳導(dǎo)性材料制成且其使用將在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可作出許多修改，而不偏離所附權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種在真空室內(nèi)的同心的濺射源，所述同心的濺射源包括外環(huán)中的兩排磁體和內(nèi)環(huán)中的兩排磁體。
2.如權(quán)利要求1所述的同心的濺射源，其中所述外環(huán)上的所述兩排磁體和所述內(nèi)環(huán)上的所述兩排磁體被布置成使得上部環(huán)上的磁極吸引磁體的內(nèi)部的上部環(huán)且還吸引磁體的外環(huán)，且磁體的內(nèi)部的下部環(huán)吸引磁體的外部的下部環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的同心的濺射源，其中所述外環(huán)磁體被附接至第一鐵軛，所述第一鐵軛是磁場上的回路；且所述內(nèi)環(huán)磁體被附接至第二鐵軛，所述第二鐵軛是磁場上的回路。
4.如權(quán)利要求1所述的同心的濺射源，其中所述內(nèi)部磁體環(huán)和所述外部磁體環(huán)由三條邊或更多條邊組成。
5.如權(quán)利要求1所述的同心的濺射源，其中所述內(nèi)部磁體環(huán)和所述外部磁體環(huán)優(yōu)選地由六條邊組成。
6.如權(quán)利要求1所述的同心的濺射源，其中靶表面處的磁場為200高斯-1000高斯。
7.如權(quán)利要求1所述的同心的濺射源，其中所述靶表面處的所述磁場優(yōu)選為300高斯-400高斯。
8.如權(quán)利要求1所述的同心的濺射源，其中從所述外部磁體環(huán)至所述內(nèi)部磁體環(huán)的磁場為300高斯-1000高斯。
9.如權(quán)利要求1所述的同心的濺射源，其中從所述外部磁體環(huán)至所述內(nèi)部磁體環(huán)的磁場優(yōu)選為300高斯-400高斯。
10.如權(quán)利要求1所述的同心的濺射源，其中所述真空室以低至2X10E-5托的壓強(qiáng)操作。
全文摘要
公開了一種允許在比先前已獲得的壓強(qiáng)低一或兩個數(shù)量級的壓強(qiáng)下進(jìn)行高速沉積的新的濺射源。這產(chǎn)生具有對基材減少的離子和電子損壞的較致密的膜。
文檔編號C23C14/00GK102282286SQ200980154576
公開日2011年12月14日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者丹尼爾·布魯爾斯, 亞特·舒?zhèn)惒? 戴夫·科雷亞, 杜米尼克·施密特, 邁克爾·豪蘭 申請人:4D-S有限公司