CN106609352B - 溅射装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及溅射装置及其操作方法。本发明实施例提供一种溅射设备，其包括：磁控管结构体，被配置为按照预定的侵蚀率分布侵蚀标靶，所述预定的侵蚀率分布以所述磁控管结构体的中心轴为对称轴对称分布，并且包括：所述中心轴附近的第一峰值；和位于距离所述中心轴约0.7至0.75标靶半径的第二峰值。

Description

溅射装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种溅射装置及其操作方法。
背景技术
溅射是制造半导体集成芯片时用于形成金属及相关物质沉积层的通用生产流程，同时也用于在其他类型的面板上形成被覆材料沉积层。
溅射装置包括一个携带相对磁极永磁体的磁控管。该磁控管包括多种形式或模式以便在芯片或其他类型的面板上形成合适的金属或其他材料沉积。
发明内容
本发明实施例提供一种溅射装置，其包括磁控管结构体，被配置为按照预定的侵蚀率分布侵蚀标靶，所述预定的侵蚀率分布以所述磁控管结构体的中心轴为对称轴对称分布，并且包括：所述中心轴附近的第一峰值；以及位于距离所述中心轴约0.7至0.75标靶半径的第二峰值。
在本发明一些实施例中，所述磁控管结构体包括：具有第一磁性的外部磁极和具有第二磁性的内部磁极，所述第二磁性与所述第一磁性相反，所述内部磁极被所述外部磁极包围。
在本发明一些实施例中，所述磁控管结构体的所述外部磁极和所述内部磁极按照预定的标准化环路长度分布排列，所述预定的标准化环路长度分布包括：在大约0.4标靶半径内标准化环路长度大体恒定的部分。
在本发明一些实施例中，所述标准化环路长度分布在0.4标靶半径附近，由一个大体恒定的轮廓转变为递增轮廓。
在本发明一些实施例中，所述内部磁极包括指向所述中心轴的终极部。
在本发明一些实施例中，所述递增轮廓在0.4标靶半径以上包括非线性曲线。
在本发明一些实施例中，所述磁控管结构体在边界之外并正切于以所述中心轴为圆心的圆周的部分大体上大于所述磁控管结构体在所述边界之内并正切于所述圆周的部分，所述边界包围了所述内部磁极的终极部和所述外部磁极的终极部
本发明实施例提供一种溅射装置，其包括磁控管结构体。所述磁控管结构体包括：边界外的第一部分；以及所述边界内的第二部分；所述第一部分中正切于以所述中心轴为圆心的圆周的量大体上大于所述第二部分中正切于以所述圆周的量；所述磁控管结构体被配置为按照预定的侵蚀率分布侵蚀标靶。所述分布包括：在所述磁控管结构体中心轴附近的第一峰值；和位于距离所述中心轴大约0.7至0.75标靶半径的第二峰值。
在本发明一些实施例中，所述分布包括在距离所述中心轴大约0.5标靶半径附近的第三峰值
在本发明一些实施例中，所述磁控管结构体包括封闭带状的具有第一磁性的外部磁极和被所述外部磁极包围的具有第二磁性的内部磁极，所述第二磁性与所述第一磁性相反。
在本发明一些实施例中，所述内部磁极包括在所述中心轴附近的终极部。
在本发明一些实施例中，所述内部磁极与所述外部磁极之间的距离大体恒定。
在本发明一些实施例中，所述边界包括包围所述内部磁极的所述终极部的圆形。
在本发明一些实施例中，所述第二部分中正切于圆周的量在所述边界之内近似为常量。
在本发明一些实施例中，所述第一部分绕所述中心轴至少扫过270度。
本发明实施例提供一种溅射方法。所述方法包括：在距离标靶预定距离处放置芯片；相对于中心轴旋转磁控管结构体；以及按照预定的侵蚀率分布侵蚀所述标靶。所述中心轴附近的所述标靶按照第一速率侵蚀；在所述标靶半径0.5至0.55附近的所述标靶按照约0.5的第一速率侵蚀；在所述标靶半径0.7至0.75附近的所述标靶按照约1.1的第一速率侵蚀
在本发明一些实施例中，所述方法进一步包括：形成所述磁控管结构体，所述磁控管结构体具有封闭循环第一磁性的外部磁极以及由所述外部磁极包围内部磁极，并且所述内部磁极的第二磁性与所述第一磁性相反。
在本发明一些实施例中，所述在距离标靶预定距离处放置芯片包括：在距离所述标靶约40至70毫米处放置所述芯片。
在本发明一些实施例中，所述标靶包括氮化钛。
在本发明一些实施例中，所述磁控管结构体成型为拥有边界外的第一部分和所述边界内的第二部分。所述第一部分中正切于以所述中心轴为圆心的圆周的量大体上上大于所述第二部分中正切于以所述圆周的量。
在本发明一些实施例中，所述边界包括圆形并包围所述中心轴以及所述内部磁极和所述外部磁极的终极部。
在本发明一些实施例中，所述边界的半径的范围包括约70mm至约80mm。
附图说明
为了能更好的理解本发明的具体实施方式提供以下附图。注意，为了适应工业标准实践，各种特征并未按特定规格绘制。事实上，各个特征的尺寸可以任意放大或缩小以便进行清楚的讨论。
图1为本发明实施例提供的溅射装置的横截面图；
图2为本发明实施例提供的标靶的横截面图；
图3为本发明提供的实施例中标靶半径比例与标准化侵蚀率的关系示意图；
图4至7、28、29为本发明提供的实施例标靶的俯视图；
图8为本发明提供的实施例中磁控管半径比例与标准化环路长度的关系示意图；
图9至12为本发明提供的实施例磁控管的俯视图；
图13、15、16、18、19、21、22和25为本发明提供的图12所示实施例磁控管的局部放大视图；
图14、17、20、23、24、26和27为本发明提供的实施例磁控管的横截面视图；
图30为本发明实施例中测试点的分布图；
图31为本发明提供的实施例中厚度与测试点的关系示意图；
图32为本发明提供的实施例中表面电阻与测试点的关系示意图。
具体实施方式
本发明提供了实现不同特征的多个不同的实施例。下述组件或配置的特定实施例用以简化表示本发明的技术方案，固然，这些实施例并不用于限制本发明的保护范围。例如，说明书中出现第一特征在第二特征之上的描述形式，既可以包括第一特征与第二特征以直接相连的方式形成的实施例，也可以包括第一特征与第二特征之间还包括附加的特征、即第一特征与第二特征不以直接相连的方式形成的实施例。此外，本发明在不同实施例中可能重复引用数字和/或字母。这种重复的目的是为了简单明了，并非指示各个实施例和/或配置之间的关系。
进一步的，本文中的空间关系术语，“之下”，“下方”，“较低”，“上方”，“较高”等诸如此类的表述，在此用于简化附图所示的一个元素或特征对另一个元素或特征的关系。除了附图中描写的方向，空间关系术语旨在包含使用或操作的装置的不同方向。设备可以以其它方式定向(旋转90度或其他方向)，并可以据此同样地解释本文所使用的空间关系术语。
如图1所示，真空仓9以中心轴C1为对称轴对称的放置于溅射仓200中。真空排气管6用于将废弃物排出真空仓9，以维持其中的气压在预定的低压范围内。与真空仓9相连的氩气源5向真空仓9中提供氩气以击打标靶15。基座8同样以中心轴C1为对称轴对称的放置，用于支撑待被溅射的芯片7或其他底板。
标靶15与基座8相对放置，标靶15在芯片7和基座8之上。标靶15由待在芯片7上沉积的金属材料构成，例如：氮化钛(TiN)、铝或钛。标靶15被电偏置为负的或正的电压以使得具有相反电荷的氩气被标靶15吸引并从标靶15溅射出原子。标靶材料从标靶15中溅射出落在芯片7上，在芯片7上形成沉积层。在一些实施例中，进行反应离子溅射，诸如氮气或氧气等反应气体被引入真空仓9中，以促进形成金属氮化物或金属氧化物的沉积层。在一些实施例中，基座8被电偏置为与标靶15的偏压相反。
磁控管结构体11置于标靶15上方，可以是各种形状和形式。磁控管结构体11包括拥有相反磁极的磁体4或3，磁体4或3是具有封闭带状连续形态的永久磁体。磁体4是外部磁极，磁体3是内部磁极。当磁体4、3为图4中所示的图样100时，约束在临近标靶15下方处的高密度等离子区域PR。磁体4、3的图样100形成的磁域向下扩张至标靶15之下，以便将等离子保持在高密度等离子区域PR内，并捕捉标靶15前的离子，以此增加该高密度等离子区域PR的等离子密度。等离子密度一旦增加，将提高高密度等离子区域PR附近标靶15的溅射率。溅射率一旦提高，将加快标靶15的侵蚀速度，这样在临近高密度等离子区域PR的上方，标靶15的侧面厚度中包含一个更薄的部分。高密度等离子区域PR中保有电流循环，阻止等离子泄露出高密度等离子区域PR之外。
磁控管结构体11不以中心轴C1为对称轴放置。磁控管结构体的外边缘距离中心轴C1的半径为R110。磁控管结构体11附接在沿着中心轴C1伸展的杆10上。杆10围绕中心轴C1旋转，带动磁控管结构体11沿着中心轴C1旋转从而扫过标靶15上方的区域，该区域是以中心轴C1为圆心，以R110为半径的圆。磁控管结构体11包括盘体2，其固定至杆10并由杆10带动旋转。盘体2支撑磁体3、4，以便磁控管结构体11沿中心轴C1旋转，在标靶15下方产生一个方位统一的时间平均磁场。在一些实施例中，盘体2具有磁性材料以与磁体3、4或杆10磁耦合。
图2中，芯片7以预定的长度L位于距离标靶15之下。长度L是变数。在一些实施例中，芯片7距离标靶15的距离长度L大约为40至70毫米。由于在溅射操作中不断被侵蚀，标靶15上形成凹槽17。标靶15具有半径TR1。对于被放置在较短长度L位置的芯片7，中心轴C1附近从标靶15溅射的离子以角度M42被投射至芯片7上。而标靶15边缘从标靶15溅射离子以角度M40被投射至芯片7上。角度M40小于角度M42。当凹槽17在标靶15各处的深度大体均为DT1，则芯片7中心轴C1附近比芯片7边缘附近沉积更多的离子。中心轴C1附近比芯片7边缘附近沉积的更多将导致芯片7中心轴C1附近比芯片7边缘附近沉积更厚。为了更好的使得芯片各处的厚度保持一致，标靶15边缘附近的侵蚀率应高于中心轴C1附近的侵蚀率，从而弥补芯片边缘处相应沉积的不足。对于被置于更长的长度L71处的芯片71，中心轴C1附近从标靶15溅射的离子以角度M43被投射至芯片71上。角度M43的度数小于角度M42的度数。位于离标靶15更远的芯片71，则中心轴C1附近离子沉积在芯片71上的较少。对于晶被置于更长的长度L71处的片71，标靶15边缘附近从标靶15溅射的离子以角度M41被投射至芯片71上。角度M41的度数大于角度M40的度数。芯片71比芯片7接收更多的离子沉积在芯片71边缘附近。当凹陷17在标靶15各处的深度大体均为DT1，离标靶15更远的芯片71在边缘周围比在中心轴C1附近接收到更多的沉积。比起中心轴C1附近，更多的侵蚀标靶15边缘周边的部分从而补偿芯片71边缘周边沉积物的缺乏。由于距离较短，芯片7的中心轴C1附近与边缘附近沉积的差异大于具有更长长度L71的芯片71，芯片71的一致性要优于芯片7。
芯片71上标靶材料沉积层20的厚度为TH2。标靶材料有电阻率。标靶材料沉积层20也有表面电阻。电阻率是由厚度TH2和表面电阻所产生的。在一些实施例中，标靶材料在芯片71上的不同位置有不同的电阻率。当厚度TH2恒定时，表面电阻和电阻率在芯片71不同位置成比例变化。例如：沉积层20中含有TiN，当厚度TH2恒定时，沉积的TiN膜在芯片71边缘附近的表面电阻低于在芯片71中心附近的。磁控管结构体11调整整个标靶15的侵蚀率分布来控制在芯片71不同位置厚度TH2的一致性。例如：变化沉积层20的厚度TH2维持沉积层20表面电阻的一致性。通过从芯片71的中心到边缘增加沉积层20的厚度TH2，以维持芯片71从中心到边缘的标靶材料之表面电阻的实质恒定。如图1所示的磁控管结构体11控制芯片71从中心到边缘的沉积层厚度TH2。
所述磁控管结构体11以如图3所示预定的侵蚀率分布300将离子导向标靶15以不同的速率侵蚀标靶15。所述预定的侵蚀率分布300可维持标靶材料的表面电阻基本上恒定。因所述磁控管结构体11围绕中心轴C1旋转，故该预定的侵蚀率分布300也围绕磁控管结构体11的中心轴C1对称分布。
所述预定的侵蚀率分布300的横轴代表标靶15半径TR1的不同分数，取值为从0到1，其中0为中心轴C1处，1为标靶15的边缘的一点处。该点与中心轴C1的距离为半径TR1。所述预定的侵蚀率分布300竖轴表示标准化的侵蚀率，中心轴C1处的第一侵蚀率是1。
所述预定的侵蚀率分布300包括几个峰值。所述峰值速率是预定的侵蚀率分布300曲线的局部最大值。峰值处曲线的斜率接近于零。例如，第一峰值PR1出现在第一侵蚀率的1.1附近，并落在大约0.1个半径TR1处。第二峰值PR2大体为第一侵蚀率的1.1，并落在大约0.7到0.75个半径TR1处。所述第一峰值PR1大体上等于所述第二峰值PR2。次峰值PR3出现在第一侵蚀率的0.6附近，并落在大约0.4到0.5个半径TR1处。次峰值PR3大体上小于所述第二峰值PR2。
所述预定的侵蚀率分布300从中心轴C1到外围包括几个谷值。所述谷值是预定的侵蚀率分布300曲线的局部最小值。谷值处曲线的斜率接近于零。第一谷值MR1大体为第一侵蚀率的0.3，并落在大约从0.3到0.4个半径TR1处。第二谷值MR2大体上为第一侵蚀率的0.5，并落在大约从0.5到0.55个半径TR1处。第三谷值MR3大约为第一侵蚀率的0.01，并落在大约从0.9到0.99个半径TR1处。
所述预定的侵蚀率分布300从中心轴C1到外围包括几个变化率。所述变化率表示所述预定的侵蚀率分布300曲线的斜率变化。例如，所述曲线的斜率变化速率包括从平缓正斜率转变为陡峭正斜率。第一变化率LR1大体出现在第一侵蚀率的0.6处，并落在半径TR1的大约0.6到0.7处。第一变化段LR1的斜率由平缓正斜率为陡峭正斜率。在半径TR1的大约0.63之前的斜率平缓递增，半径TR1的0.63之后的斜率陡峭递增。第二变化率LR2大体在第一侵蚀率的0.2处，并落在半径TR1的大约0.8到0.9处。第二变化率LR2由陡峭负斜率变为平缓负斜率。在第二变化率LR2之前的斜率是陡峭递减的，而第二变化率LR2之后的斜率是平缓递减的。
图1中的磁控管结构体11被设计为经由将多数离子导向并碰撞如图4所示的撞击位置78以产生如图3所示的预定的侵蚀率分布300。撞击位置78是本发明实施例中磁控管结构体11的内部磁极3和外部磁极4之间的一个想象中构造。高能离子集中在内部磁极3和外部磁极4之间，因此撞击位置78标出了离子和标靶之间发生活跃碰撞的位置。撞击位置78大体的形状是一个围绕中心轴C1的封闭式涡旋带。撞击位置78大体与磁控管结构体11重迭。标靶15的中心轴C1处规定为0，而标靶15的半径TR1边缘处规定为1。边界120围绕中心轴C1绘制。边界120内包括撞击位置78在中心轴C1附近的中央部781。所述中央部781是撞击位置78的终极部分。周围部782是撞击位置78在边界120以外的部分。边界120近似为圆形。
图5中，向量R1的起点为中心轴C1，终点为撞击位置78在边界120内的第一点P1。向量R2的起点为中心轴C1，终点为撞击位置78中的第二点P2。向量R2大于向量R1，径向增量为DR1。径向增量DR1是指在半径TR1的0.26处两个同心圆之间的距离。撞击位置78的第一部分L1是从第一点P1到第二点P2。跟随第一部分L1，方位角方向的变化量为角度M1。角度M1为向量R1与向量R2之间的角度。
向量R3起点为中心轴C1，终点为撞击位置78在边界120内的第三点P3。向量R4的起点为中心轴C1，终点为撞击位置78中的第四点P4。向量R4大于向量R3，径向增量为DR1。撞击位置78的第二部分L2是从第三点P3到第四点P4。跟随第二部分L2，从向量R3到R4径向的变化伴随着几乎为零的方位角方向变化。向量R3和R4几乎是彼此重迭的。
图6中，边界120之内，向量R11的起点为中心轴C1，终点为中央部781上的一个点P11。向量R21的起点为中心轴C1，终点为中央部781上的一个点P21。向量R21大于向量R11，径向增量为DR2。径向增量DR2是指在半径TR1的0.49附近两个同心圆之间的距离。长度L3为沿撞击位置78的点P11到点P21测量的。长度L3是点P11到点P21之间撞击位置78的环路段的长度。伴随着沿着所述环路段径向上以径向增量DR2的变化，边界120内方位角方向的变化为角度值M3。边界120外，周围部782中包含有另一个方位角方向变化量，为角度M5。正切段指向方位角方向。所述正切段与以中心轴C1为圆点的圆相切。径向段指向径向方向。周围部782中的正切段多于中心部781中的正切段。中心部781中的径向段多于周围部782中的径向段。周围部782的环路段长度大于中心部781的环路长度。对于径向增量DR2，方向变化总量为角度值M5和M3之和。图5中的径向增量DR1大体上等于图6中的径向增量DR2。图6中角度M5和M3之和大于图5中的角度值M1。图3中，0.49半径TR1附近的标准化侵蚀率大于0.26半径TR1附近的标准化侵蚀率。0.49半径TR1附近的标准化侵蚀率为次峰值PR3。
图6中，向量R31的起点为中心轴C1，终点为边界120外撞击位置78上的一个点P31。向量R41的起点为中心轴C1，终点为撞击位置78上的一个点P41。向量R41大于向量R31，径向增量为DR3。径向增量DR3是指在半径TR1的0.7至0.75附近两个同心圆之间的距离。跟随撞击位置78从点P31到点P41一段，伴随着径向上以径向增量DR3的变化，方位角方向的变化量为角度M4。径向增量DR3大体上等于径向增量DR2。角度值M4近似为120度左右。角度M4大体上大于角度M5与M3之和。图3中，0.7至0.75半径TR1附近的标准化侵蚀率大于0.49半径TR1附近的标准化侵蚀率。0.7至0.75半径TR1附近的标准化侵蚀率为第二峰值PR2。
图7中，向量R5的起点为中心轴C1处，终点为中央部781上的一个点P5。向量R6的起点为中心轴C1处，终点为中央部781上的一个点P6。向量R5的长度大体等于向量R6的长度。P5和P6同在以中心轴C1处为圆心，半径大致等于0.1半径TR1的圆上。向量R5和R6之间的角度为M2。长度L5为沿撞击位置78从点P5到点P6测量的。长度L5是撞击位置78的环路段的长度。图6中径向增量DR3大体上等于图7中向量R5的长度。角度值M2近似为120度左右。图3中，0.1半径TR1附近的标准化侵蚀率大体上等于0.7至0.75半径TR1附近的标准化侵蚀率。0.1半径TR1附近的标准化侵蚀率为第一峰值PR1。第一峰值PR1大体上等于第一侵蚀率为1.1附近的第二峰值PR2。
标准化环路长度分布400如图8所示。所述标准化环路长度分布400是根据图4所示的实际位置78和图3所示的预定的侵蚀率分布300。
所述标准化环路长度分布400的横轴表示磁控管结构体11的半径R110的分数，取值从0到1，其中0为中心轴C1处，1为半径R110处。所述标准化环路长度分布400的竖轴表示标准化的环路长度，1表示半径接近半径R110处的最大环路的长度。
在预定的半径范围之间的撞击位置78的环路长度集合与在所述预定的半径范围内的标准化环路长度相匹配。在一些实施例中，如图5所示，预定的范围是径向增量DR1。径向增量DR1大致包含角度M1。径向增量DR1闭包了撞击位置78上环路长度L1和L2的一些段。环路长度L1和L2之和为在径向增量DR1内部的环路长度总和。径向增量DR1内部的环路长度总和相当于图8中0.25半径R110附近处的标准化环路长度。
图6中，径向增量DR2大致包含角度M5和M3。径向6，径向增量DR2闭包了撞击位置78上环路长度L3和L31的几段。环路长度L3和L31之和大体上大于图5中环路长度L1和L2之和。环路长度L3和L31之和相当于图8中约0.5半径R110处的标准化环路长度。图8中，0.5半径R110附近处的标准化环路长度大体上大于0.25半径R110附近处的标准化环路长度。
图7中，径向增量DR3大致包含角度M4。径向7，径向增量DR3闭包了撞击位置78上环路长度L4的一段。环路长度L4大体上大于图6中环路长度L3和L31之和。环路长度L3和L31之和相当于图8中约0.75半径R110处的标准化环路长度。图8中，0.75半径R110附近处的标准化环路长度大体上大于0.5半径R110附近处的标准化环路长度。
图7中，径向增量DR5被定义为从中心轴C1处到点P5。径向增量DR5大致包含角度M2。径向增量DR5闭包了撞击位置78上环路长度L5的一些段。环路长度L5大体上等于图5中L1和L2之和。环路长度L5相当于图8中0.01半径R110附近处的标准化环路长度。
如图7所示的环路长度L5大体上等于图5中环路长度L1和L2之和。环路长度L5大体上等于图6中环路长度L3。边界120包围了撞击位置78的终极段。在边界120内，径向增量DR5、DR1和DR2内的每个环路长度和大体相等。径向增量DR5、DR1和DR2是宽带大体相同的不同圆环。在边界120内，前述任一径向增量内的环路长度和维持不变。
参考图8，小于约0.4半径R110的标准化环路长度大体上维持不变。该标准化环路长度大体维持在0.08的量。对于大于近似0.4半径R110的半径，标准化环路长度大体是增加的。在一些实施例中，在大于0.4半径R110处计算的标准化环路长度以非线性的方式增加。
参照图9，磁控管结构体11的图样100被设计为根据所述侵蚀率分布300在标靶的不同位置产生预定的侵蚀率。磁控管结构体11的图样100约束离子在撞击位置78处侵蚀标靶15。在一些实施例中，磁控管结构体11的磁极3、4以磁控管结构体11的图样100排列。磁极3为内部磁极3。磁极4为外部磁极4。磁控管结构体11的外部磁极4具有第一磁性，而内部磁极3具有与第一磁性相反的第二磁性。内部磁极3被外部磁极4所环绕。图样100中，外部磁极4以非对称螺旋形式围绕中心轴C1螺旋。
图样100为减少图2中沉积层20在中心轴C1附近的厚度TH2，在中心轴C1附近布置较少的内部磁极3和外部磁极4。图样100为增加距离中心轴C1较远处沉积层20的厚度TH2，在距离中心轴C1较远处布置较多的内部磁极3和外部磁极4。在一些实施例中，在中心轴C1附近布置较少的磁体3和4包括相对于中心轴C1少以切线方式布置、多以径向方式布置磁体3和4。在一些实施例中，在距离中心轴C1较远处布置较多磁体3和4包括相对于中心轴C1多以切线方式布置，少以径向方式布置磁体3和4。例如，在一些实施例中，磁控管结构体11中的部分115在边界120外。磁控管结构体11中的部分117在边界120内。部分115正切于以中心轴C1为圆心的圆周的量大体上大于部分117正切于以中心轴C1为圆心的圆周的量。换句话说，部分117指的是撞击位置78在边界120内的一段。在边界120内，部分117正切于圆周的量大体维持常量，与图8中标准化环路长度分布400中平滑区401相一致。平滑区401与部分117相对应。部分115在边界120外，部分115围绕中心轴C1扫过超过270度。部分115的正切段大于部分117的。部分117几乎与中心轴C1的径向方向平行。在一些实施例中，边界120的半径为约70到约75毫米或者为约75到约80毫米。在一些实施例中，边界120的半径约0.3到约0.4的磁控管结构体11的半径R110。
如图9所示，内部磁极3包括指向中心轴C1的终极部312。终极部312接近中心轴C1。边界120包围了内部磁极3的终极部312和外部磁极4的终极部314。边界120是包围了内部磁极3的终极部312和外部磁极4的终极部314的圆形。终极部312比内部磁极3的其他部分厚，以使终极部312和终极部314的距离D43保持恒定。内部磁极3和外部磁极4的距离D43大体恒定使得外部磁极4与撞击位置78的轮廓大体平行。所述撞击位置78位于内部磁极3和外部磁极4之间。
图10中仅示出磁控管结构体11的外部磁极4。外部磁极4包括几个段，通过为螺旋曲线函数设定不同参数而表示不同的段。例如，下述为每个段的通用公式：
r＝a×θn+b×(cosθ)m+c×(tanθ)k+d，
其中，r表示外部磁极4的部分轮廓，图样100的角度值θ以弧度表示，其在图样100的上方弧度为0。例如，表示段141的函数为：r＝17.54×θ0.78+5.45×(cosθ)1.12+179.42，其中0≤θ≤1.15π。段142的函数为：r＝5.84×θ0.72-10.86×(cosθ)1.35-95.02，其中1.02π≤θ≤1.65π。段143的函数为：r＝6.42×θ1.98+1.88×(cosθ)1.95+45.41，其中0.3≤θ≤1.14π。段144(图10中未示出)的函数为：r＝3.54×θ1.97-42.68×(cosθ)1.69-45.12，其中0.65π≤θ≤1.58π。
图11中仅示出磁控管结构体11的内部磁极3。内部磁极3包括几个段。在一些实施例中，段315的函数为：r＝8.31×θ1.235+10.84×(cosθ)1.362+39.02，其中1.72π≤θ≤3.14π。段312的函数为：r＝3.42×θ1.91+6.24×(cosθ)1.56-3.41，其中1.28π≤θ≤1.81π。
图12中，磁控管结构体11的图样100包括具有第一磁性的、封闭带的外部磁极4和被外部磁极环绕的具有与第一磁性相反的第二磁性的内部磁极3。图样100包括三个区域，分别是区域30、31和32，下面对这些区域进行详细讨论。
区域30包括在边界120外的内部磁极3的终极部318和外部磁极4的终极部317。终极部317包括包围终极部318的部分曲线，使得距离D43几乎保持恒定。距离D43是内部磁极3上的点离外部磁极4最短的距离。
区域31包括内部磁极3和外部磁极4的中间部325。外部磁极4的中间部325比区域30中外部磁极4的平行部329稍微宽一些，使得内部磁极3的中间部325比内部磁极3的平行部329更厚，以便维持距离D43基本恒定。所述平行部329是指区域30中内部磁极3与外部磁极4平行的部分。
区域32包括在边界120内的内部磁极3和外部磁极4的部分。区域32包括内部磁极3和外部磁极4的角落部323。角落部323是指内部磁极3和外部磁极4相对于中心轴C1弯曲约90度角而形成的弯曲部。外部磁极4在0.3个半径R110附近出现一个急弯。
在图13中，区域30被放大。外部磁极4可以是北磁极392的磁性。内部磁极3可以是南磁极391的磁性。磁力线70从外部磁极4的一点穿出，进入内部磁极3的一点。磁力线70从外部磁极4指向内部磁极3。在一些实施例中，磁力线70的方向与测量距离D43的方向平行。磁力线70的长度近似等于或大于距离D43。
对于图13，内部磁极3和外部磁极4的曲线接近平行，除了在尖端328处。区域30中的平行部329，外部磁极4的磁场分布在内部磁极3的两边，在一些实施例中，平行部329中外部磁极4的磁体量是内部磁极3的两倍。磁力线70围绕内部磁极3两侧均匀分布。在尖端328附近，外部磁极4的磁场分布多于内部磁极3的。外部磁极4的部分磁体不能与内部磁极3的相对磁体相匹配。部分未匹配的外部磁极4的磁体偏离磁力线70向其他方向传播。
图14是图13中直线AA’处的横截面。在图14中，磁控管结构体11位于标靶15之上。外部磁极4的北磁极指向标靶15。磁力线70从外部磁极4伸展向内部磁极3。部分磁力线70扩展至标靶14下方。内部磁极3的磁体数量少于外部磁极4的磁体数量。外部磁极4的部分过剩或未匹配的磁体向磁域线以下的其他方向扩散。
离子751的等离子沿着磁力线70导向内部磁极3。离子751按照路径75绕磁力线70旋转。在横截面图中，撞击位置78是离子751撞向标靶15的一个点。离子751击中标靶15并从撞击位置78处敲击出标靶材料77。随着离子751撞击的增加，移除的标靶材料77也增多，导致撞击位置78附近标靶15上出现缝隙或凹槽。
图15是与图13相似的俯视图，只不过图15中以带状虚线表示预定位置78。撞击位置78共形地围绕内部磁极3。撞击位置78在内部磁极3和外部磁极4之间。由于碰撞而产生的缝隙或凹槽大致沿着撞击位置78。撞击位置78与内部磁极3的距离大体保持恒定。
在图16中，图12中的区域31被放大。外部磁极4包含北磁极392的磁性。内部磁极3包含南磁极391的磁性。磁力线70从外部磁极4的一点穿出，指向内部磁极3的一点。磁力线70从外部磁极4指向内部磁极3。在一些实施例中，在内部磁极3两边的距离D43是大体相等的。然而，在另一些实施例中，内部磁极3两边的距离D43彼此不相同，从而磁力线70的长度大体上也不与另一边相同。在后一种情况下，等离子以不同的方式被约束在内部磁极3的两边。
在中间部325处，内部磁极3与外部磁极4共形弯曲。中间部325包括内部磁极3和外部磁极4。在中间部325处，内部磁极3两边的磁力线70的密度是均匀分布的。中间部325处的内部磁极3比图15平行部329处的更厚，包含更多的磁体。外部磁极4的磁体可以与内部磁极3的磁体相匹配。在中间部325处不匹配磁极的量少于平行部329处，因此，传播到其他方向的磁力线70的量也更少。中间部325处磁力线70的密度大于图15中平行部329处的磁力线70的密度。
图17是图16中直线AA’处的横截面。内部磁极3与外部磁极4的磁体数量近似相等。与图14中的磁力线70相比，更多的磁力线70从外部磁极4伸展向内部磁极3。
在中间部325处，相比图14所示的平行部329处，更多的离子751的等离子流向内部磁极3。在中间部325处，相比图14所示的平行部329处，更多的离子751在撞击位置78附近与标靶15相撞。图17中，在内部磁极3两边撞击的离子751数量近似相等。离子751击中标靶15并从撞击位置78处敲击出标靶材料77。在一些实施例中，在中间部325处，相比图14所示的平行部329处，出现更多的离子751撞击，导致在中间部325附近标靶15上产生的缝隙或凹槽比在平行部329附近的要多。
图18是与图16相似的部分磁控管的俯视图，只不过图18中以虚线表示在内部磁极3与外部磁极4之间的撞击位置78。在中间部325附近以双虚线表示撞击位置78以表明相比图15所示的平行部329处在中间部325处发生更多的撞击。在中间部325附近，内部磁极3和外部磁极4之间的撞击位置78的密度被增加。在中间部325处的缝隙和凹槽比图15所示的平行部329处的更多。在一些实施例中，内部磁极3两边的撞击位置78的形状不同。
在图19中，图12中的区域32被放大。在一些实施例中，在内部磁极3两边的距离D43是大体相等的。如图19所示，在角落部323处，内部磁极3随外部磁极4共形弯曲了大概90度。在角落部323处，内部磁极3朝向终极部312的部分，厚度增加。内边331比外边332更接近中心轴C1。在角落部323处，外边332的磁体数目大体上大于内边331的磁体数目。外部磁极4的外边332附近的磁力线70的密度大于外部磁极4的内边331附近的磁力线70的密度。
图20是图19中直线AA’处的横截面。外边332的磁体数目大体上大于内边331的磁体数目，从而外部磁极4的外边332比外部磁极4的内部331有更多的磁力线70伸向内部磁极3。
外部磁极4的外边332比内部331有更多的离子751的等离子流向内部磁极3。外部磁极4的外边332比内部331有更多的离子751在撞击位置78附近与标靶15相撞。在内部磁极3两边撞击的离子751数量大体是不相同的。外部磁极4的外边332比内部331在标靶15上出现更多的离子751撞击，导致在外部磁极4的外边332附近，标靶15上产生更多的缝隙或凹槽。
图21是与图17相似的部分磁控管11的俯视图，只不过图21中以虚线表示在随角落部323共形弯曲的撞击位置78。在角落部323附近以双虚线表示撞击位置78以表明相比图15所示的平行部329处，在角落部323处发生更多的撞击。在外边332附近比在内边331附近分布了更多的撞击位置78。在外部磁极4的外边332附近，标靶15上产生的缝隙或凹槽比在内部331附近的要多。
在图22中，区域37是图9中的区域37的放大。区域37包括中心轴C1附近的终极部310。终极部310包括内部磁极3的终极部312和外部磁极的终极部314。在一些实施例中，终极部312和终极部314的距离D43大体相等。外部磁极4包含比外边332更靠近中心轴C1的内边331。内边331与终极部312的距离D43与外边332与终极部312的距离D43大体相等。
根据图22，内部磁极3的终极部312的厚度根据外部磁极4的终极部314的形状而共形增加。外部磁极4的内边331和外边332在点333处汇合。点333接近平行部329处。在外部磁极4的终极部314与另一相对的终极部317之间，有一个外部磁极4的开口411。
在内部磁极3的终极部312和外边332之间的磁力线70的密度大体上等于终极部312和内边331之间的。穿过中心轴C1、内边331、外边332和终极部312画一条横截面线AA′。穿过点333和终极部312画一条横截面线BB′。横截面线AA′和横截面线BB′大体垂直。
图23是图22中直线BB’处的横截面。外部磁极4的磁体45与内部磁极3的磁体35配对。两条磁力线70从磁体45指向磁体35。
图24是图21中直线AA’处的横截面。外部磁极4的磁体数量大体等于内部磁极3的磁体数量。内部磁极3中间的磁体35与图24所示的磁体45配对。外部磁极4的磁体45在内部磁极3之后。磁力线70从磁体35后面的外部磁极4的磁体45指向内部磁极3的磁体35。
在终极部312附近撞击标靶15的离子751的数量大体上大于图16和图17中所示的在中间部325附近撞击标靶15的离子751的数量。终极部312附近比中间部附近325在标靶15上出现更多的离子751撞击，导致在终极部312附近比在图16和图17中所示的中间部325附近，标靶15上产生的缝隙或凹槽更多。
图25是与图22相似的部分磁控管的俯视图，只不过图25中以虚线表示在撞击位置78。撞击位置78共形地包围着内部磁极3的终极部312。在终极部312附近以双虚线表示撞击位置78以表明从角落部323向终极部310的撞击增加。
图26是图22中直线AA’处的横截面。外部磁极4的磁体导致离子751在三个撞击位置78处与标靶15发生撞击，并将标靶材料77沉积在芯片7上的三个区域。所述三个区域的重迭区域大致在内部磁极3下。所述重迭区域的宽度为W4，厚度为D4。
图27是图22中直线BB’处的横截面。磁力线70导致离子751与标靶15发生撞击，并将标靶材料77沉积在芯片7上的特定区域。
图28和图29为将图12中区域30、31和32的撞击位置78合并后的示意图。在一些实施例中，终极部310比中间部325更靠近中心轴C1。在一些实施例中，终极部310比角落部323更靠近中心轴C1。在一些实施例中，平行部329比角落部323更远离中心轴C1。
在一些实施例中，标靶15的半径TR1大体上等于磁控管结构体11的半径R110。在另一些实施例中，标靶15的半径TR1大体上大于磁控管结构体11的半径R110。
回顾图12，图12中磁控管结构体11的图样100是可调整的，以使图2中的沉积层20的表面电阻和厚度大体上一致。图30示出了沉积层20上一系列测试点PT的分布。
图31给出了在每个测试点PT处测量的厚度TH2的值。图31表明使用本发明提供的技术得到的沉积厚度TH2的一致性优于使用传统技术得到的沉积厚度的一致性。
图32给出了用于测量表面电阻(RS)的测试点PT。图32表明使用本发明提供的技术沉积的表面电阻的一致性优于使用传统技术沉积的表面电阻的一致性。
前面所述概括了几个实施例的特征，使得本领域技术人员可更好地理解本发明的各个方面。本领域技术人员应该明白他们可以将本发明当作基础，用来设计或修改用于执行相同目的和/或获得在此介绍的实施例的相同好处的其他过程和结构。本领域技术人员也可意识到这样等同的构造并不脱离本发明的精神和保护范围，并且在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下，他们可以在此做各种改变、替换和修改。

Claims (22)

1.一种溅射装置，其包括：
磁控管结构体，被配置为按照预定的侵蚀率分布侵蚀标靶，所述预定的侵蚀率分布以所述磁控管结构体的中心轴为对称轴对称分布，并且包括：
所述中心轴附近的第一峰值；
以及位于距离所述中心轴0.7至0.75标靶半径的第二峰值；
其中，所述第一峰值和所述第二峰值的值相等，并且为整个所述标靶半径范围内的侵蚀率的最大值。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述磁控管结构体包括：具有第一磁性的外部磁极和具有第二磁性的内部磁极，所述第二磁性与所述第一磁性相反，所述内部磁极被所述外部磁极包围。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述磁控管结构体的所述外部磁极和所述内部磁极按照预定的标准化环路长度分布排列，所述预定的标准化环路长度分布包括：在0.4标靶半径内标准化环路长度恒定的部分。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述标准化环路长度分布在0.4标靶半径附近，由一个恒定的轮廓转变为递增轮廓。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述递增轮廓在0.4标靶半径以上包括非线性曲线。
6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述内部磁极包括指向所述中心轴的终极部。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述磁控管结构体在边界之外并正切于以所述中心轴为圆心的圆周的部分大于所述磁控管结构体在所述边界之内并正切于所述圆周的部分，所述边界包围了所述内部磁极的终极部和所述外部磁极的终极部。
8.一种溅射装置，其包括：
磁控管结构体包括：
边界外的第一部分；以及
所述边界内的第二部分；
所述第一部分中正切于以中心轴为圆心的圆周的量大于所述第二部分中正切于以所述圆周的量；所述磁控管结构体被配置为按照预定的侵蚀率分布侵蚀标靶；所述分布包括：
在所述磁控管结构体中心轴附近的第一峰值；和
位于距离所述中心轴0.7至0.75标靶半径的第二峰值；
其中，所述第一峰值和所述第二峰值的值相等，并且为整个所述标靶半径范围内的侵蚀率的最大值。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述分布包括在距离所述中心轴0.5标靶半径附近的第三峰值。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述磁控管结构体包括封闭带状的具有第一磁性的外部磁极和被所述外部磁极包围的具有第二磁性的内部磁极，所述第二磁性与所述第一磁性相反。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述内部磁极包括接近所述中心轴的终极部。
12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述内部磁极与外部磁极之间的距离恒定。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述边界包括包围所述内部磁极的所述终极部的圆形。
14.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第二部分中正切于圆周的量在所述边界之内为常量。
15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一部分绕所述中心轴至少扫过270度。
16.一种溅射方法，其包括：
在距离标靶预定距离处放置芯片；
相对于中心轴旋转磁控管结构体；以及
按照预定的侵蚀率分布侵蚀所述标靶，
其中，所述中心轴处的所述标靶按照第一速率侵蚀；在所述中心轴附近的所述标靶按照1.1的第一速率侵蚀；在所述标靶半径0.5至0.55附近的所述标靶按照0.5的第一速率侵蚀；在所述标靶半径0.7至0.75附近的所述标靶按照1.1的第一速率侵蚀；其中，所述1.1的第一速率为整个所述标靶半径范围内的侵蚀率的最大值。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：配置所述磁控管结构体，所述磁控管结构体具有封闭循环的、第一磁性的外部磁极以及由所述外部磁极包围的内部磁极，并且所述内部磁极的第二磁性与所述第一磁性相反。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述在距离标靶预定距离处放置芯片包括：在距离所述标靶40至70毫米处设置所述芯片。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述标靶包括氮化钛。
20.根据权利要求17所述的方法，所述磁控管结构体配置为拥有边界外的第一部分和所述边界内的第二部分，其中所述第一部分中正切于以所述中心轴为圆心的圆周的量大于所述第二部分中正切于所述圆周的量。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述边界包括圆形并包围所述中心轴以及所述内部磁极和所述外部磁极的终极部。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述边界的半径为70mm至80mm。
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