CN111411338B - 半导体设备中的磁力件结构以及半导体磁控溅射设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半导体设备中的磁力件结构以及半导体磁控溅射设备，磁力件结构环绕设置于半导体反应腔室的外部，其特征在于，磁力件结构包括：环形支撑件、多个磁力件框架和多个磁力件；多个磁力件框架设置在环形支撑件上，且沿环形支撑件周向分布；磁力件对应安装于磁力件框架内，以使磁力件的轴线与反应腔室的轴线之间形成预设的第一安装角，第一安装角的角度可调节；通过调节边磁铁的轴线与反应腔室的轴线所形成第一安装角，从而调整边磁铁的磁场对晶圆表面作用范围，灵活地改变磁场方向，满足不同工艺需求，提高工艺的均匀性，保证更好的工艺结果。

Description

半导体设备中的磁力件结构以及半导体磁控溅射设备
技术领域
本发明属于集成电路制造设备领域，更具体地，涉及一种半导体设备中的磁力件结构以及半导体磁控溅射设备。
背景技术
集成电路芯片制备的后道工序中，物理气相沉积(PVD)中的磁控溅射是使用最广泛的技术之一。金属互连、硬掩膜、封装都需要使用到PVD技术。一般说来，磁控溅射是在晶圆上沉积薄膜材料，尤其是沉积Al金属互连线。近些年来，在高深宽比通孔中，采用垂直互连技术沉积电介质层和金属层的重要性和挑战性日益显现。通过Cu金属互连改变了这种状况，由于Cu金属层相对较低的电阻率，优越的抗电迁移性，因此增强了电路稳定性；同时，低介电常数介质材料替代了二氧化硅成为金属层间的绝缘介质，减少了金属连线层之间的寄生电容，从而很大程度提高了集成电路速度。
在Cu互连的物理气相沉积(PVD)工艺中，通常采用直流磁控溅射技术来制备铜薄膜，这是一个溅射和重溅射同时进行的过程。当铜靶材接通电源后，靶材表面受到氩离子的轰击，受到轰击后的靶材表面会同时产生铜原子和铜离子。铜原子和铜离子逐渐下落，铜原子最终落在晶圆表面，形成了铜薄膜；铜离子由于受到射频负偏压电场的作用，会加速下落，这样铜离子最终到达晶圆表面的时候，有一个非常大的能量，从而对晶圆表面造成了很大的冲击，其最终造成的结果就是把原本沉积在晶圆表面的一部分铜原子又溅射起来落到了晶圆表面以外的地方，这种形式我们称其为重溅射。这样就使得铜薄膜进行了重新分布。在制备过程中，晶圆表面上方的铜离子分布情况在一定程度上影响着铜薄膜的工艺结果。随着特征尺寸的缩小，通孔与沟槽开口与深宽比都将减小，对于铜薄膜的工艺要求越来越高。
图1示出了现有的磁控溅射设备的结构示意图，如图1所示，现有的方法是在铜腔室外侧加装一个带有边磁铁3的装置，铜腔室的上部外侧设有上电极14，边磁铁3设置于下电极15的上部。通过边磁铁3的磁场对铜离子的约束作用，使得铜离子在晶圆表面更均匀的分布，从而获得更好的铜薄膜。
图2示出了现有边磁铁的结构示意图，如图2所示，现有边磁铁结构是将12个直径为17mm和高为33mm的边磁铁3固定在一个圆形框架13内，形成一个环形边磁铁结构，最后将圆形框架13放置于铜腔室外，从而达到磁场对铜离子的约束，最终实现铜薄膜工艺。
现有的边磁铁结构中对于磁铁的数量大小和安放的位置都是固定的，尽管对晶圆表面的铜离子有着一定的约束，但是它的作用范围是有限的；当需要改变工艺结果时，无法对边磁铁的位置进行相应的调整，无法达到产品的预期的效果，最终无法得到满意的工艺结果，因此现有装置的作用比较单一。
因此，需要提供一种半导体设备中的磁力件结构以及半导体磁控溅射设备，能够对边磁铁的位置进行相应的调整，以满足不同工艺要求和保证更好的工艺结果。
发明内容
本发明的目的提供一种半导体设备中的磁力件结构以及半导体磁控溅射设备，能够根据不同工艺需求，可调节磁力件的轴线与反应腔室的轴线间的角度，以满足不同工艺和保证更好的工艺结果。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种半导体设备中的磁力件结构，所述磁力件结构环绕设置于半导体反应腔室的外部，所述磁力件结构包括：环形支撑件、多个磁力件框架和多个磁力件；
所述多个磁力件框架设置在所述环形支撑件上，且沿所述环形支撑件周向分布；所述磁力件对应安装于所述磁力件框架内，以使所述磁力件的轴线与所述反应腔室的轴线之间形成预设的第一安装角，所述第一安装角的角度可调节。
优选地，所述磁力件的两端连接于所述磁力件框架的内侧，所述磁力件框架的外周设有多个安装面，每个所述安装面上开设有用于将所述安装面固定于所述环形支撑件上的框架表面安装孔；所述环形支撑件通过螺钉与所述安装孔连接，所述磁力件框架可通过任一所述安装面与所述环形支撑件相连接，以调节所述第一安装角度。
优选地，所述环形支撑件包括上环架、下环架和连接部，所述上环架和所述下环架相互平行，且所述上环架的轴线与所述下环架的轴线重合，所述连接部连接于所述上环架和所述下环架之间，所述上环架通过所述连接部可拆卸地连接于所述下环架；
沿所述上环架的周向分布有多个第一安装孔，沿所述下环架的周向分布有多个第二安装孔，所述第一安装孔的位置与第二安装孔的位置一一对应；
每个所述安装面上设有一个框架表面安装孔，所述磁力件框架通过所述安装面的所述框架表面安装孔与所述上环架和/或所述下环架连接。
优选地，所述磁力件为条状，所述磁力件框架为正多边形棱柱结构。
优选地，沿所述磁力件框架的内周设有至少一对安装槽，每对所述安装槽在所述磁力件框架的内周上相对设置，所述磁力件的两端设有安装部，所述安装部置于所述一对安装槽内，用于将所述磁力件固定于所述磁力件框架内。
优选地，所述安装槽的槽口外部设有挡片，所述挡片用于将所述磁力件固定于所述磁力件框架内。
优选地，所述安装槽的槽口两侧设有第三安装孔，所述挡片通过螺钉与所述第三安装孔连接的。
根据本发明的一方面，提供一种半导体磁控溅射设备，包括反应腔室和所述的磁力件结构。
本发明的有益效果在于：通过调节磁力件的轴线与反应腔室的轴线所形成第一安装角，调整磁力件的磁场对晶圆表面作用范围，从而灵活地调节磁场方向，满足不同工艺需求，提高工艺的均匀性，保证更好的工艺结果。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了现有的磁控溅射设备的结构示意图。
图2示出了现有边磁铁的结构示意图。
图3示出了根据本发明一个实施例的一种磁力件结构的示意图。
图4示出了根据本发明一个实施例的一种磁力件框架的主视图。
图5示出了根据本发明一个实施例的一种磁力件框架的俯视图。
图6示出了根据本发明一个实施例的另一种磁力件框架的主视图。
图7示出了根据本发明一个实施例的磁半导体磁控溅射设备的结构示意图。
附图标记说明：
1、环形支撑件；2、磁力件框架；3、磁力件；4、上环架；5、下环架；6、连接部；7、安装槽；8、第一安装孔；9、第二安装孔；10、框架表面安装孔；11、挡片；12、螺丝；13、圆形框架；14、上电极；15、下电极；16、反应腔室；17、第三安装孔。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明实施例的一种半导体设备中的磁力件结构，磁力件结构环绕设置于半导体反应腔室的外部，磁力件结构包括：环形支撑件、多个磁力件框架和多个磁力件；多个磁力件框架设置在环形支撑件上，且沿环形支撑件周向分布；磁力件对应安装于磁力件框架内，以使磁力件的轴线与反应腔室的轴线之间形成预设的第一安装角，第一安装角的角度可调节。
传统磁力件结构无法改变磁场对晶圆的作用强度和角度，而本实施例的磁力件结构，根据不同工艺需求，调节磁力件的轴线与反应腔室的轴线之间所形成第一安装角，即改变磁力件的磁力线与反应腔室轴线间的角度，从而调整磁场对晶圆表面作用范围，提高磁力件的磁场对铜离子的约束，使得铜离子在晶圆表面更均匀的分布，从而获得更好的铜薄膜，保证更好的工艺结果。
作为优选方案，磁力件的两端连接于磁力件框架的内侧，磁力件框架的外周设有多个安装面，每个安装面上开设有用于将安装面固定于环形支撑件上的框架表面安装孔；环形支撑件通过螺钉与安装孔连接，磁力件框架可通过任一安装面与环形支撑件相连接，以调节第一安装角度。
具体地，磁力件的两端连接于磁力件框架的内侧，即磁力件相对于磁力件框架的位置固定，通过转换磁力件框架与环形支撑件连接的安装面，即可调节磁力件的轴线与反应腔室的轴线之间的第一安装角，多个安装面的磁力件框架使磁力件相对于反应腔室的轴线具有多种设置角度，从而实现对多种不同的第一安装角的调节。
作为优选方案，环形支撑件包括上环架、下环架和连接部，上环架和下环架相互平行，且上环架的轴线与下环架的轴线重合，连接部连接于上环架和下环架之间，上环架通过连接部可拆卸地连接于下环架。
通过磁力件框架将磁力件安装到上环架和下环架之间的环形支撑件上。而且每个磁力件框架可拆卸地与环形支撑件连接，便于调整磁力件的安装角度以及调整磁力件沿环形支撑件分布数量和分布位置，灵活地调节磁场强度，满足不同的工艺需求。
作为一个示例，连接部与下环架为一体结构，连接部的上部设有第一螺孔，上环架上与该第一螺孔对应位置设有第二螺孔，通过螺钉与第一螺孔和第二螺孔配合连接，使上环架固定到下环架，提高上环架与下环架之间位置固定的稳定性。
作为优选方案，沿上环架的周向分布有多个第一安装孔，沿下环架的周向分布有多个第二安装孔，第一安装孔的位置与第二安装孔的位置一一对应；
每个安装面上设有一个框架表面安装孔，磁力件框架通过安装面的框架表面安装孔与上环架和/或下环架连接。
具体地，通过螺栓使安装面的框架表面安装孔与上环架的第一安装孔和下环架的第二安装孔连接，将调整好的安装面与环形支撑件连接，从而调整磁力件的轴线相对于反应腔室轴线的安装角度，以及磁力件沿环形支撑件分别的数量和位置。
作为优选方案，磁力件为条状，磁力件框架为正多边形棱柱结构，例如三角形、六边形、八边形等。
作为一个示例，正多边形棱柱结构的多条边可作为多个安装面，正多边形的结构的尺寸比例对称，便于旋转不同的安装面与环形支撑件连接，如磁力件的两端与正多边形棱柱结构的内侧固定后，转换不同的安装面与上环架和下环架连接，即可调节磁力件的轴线与反应腔室的轴线之间多个第一安装角。
具体地，磁力件框架为正多边形棱柱结构，相邻两个安装面之间的角度形同，所以转换不同的安装面与环形支撑件连接时，磁力件框架可转动的角度范围也是有限的，因此，可调整磁力件相对于磁力件框架的轴线安装位置，就可在磁力件框架有限的转动角度范围内，获得新的角度调节范围，增加对第一安装角的调节范围，提高工艺的均匀性。
作为优选方案，沿磁力件框架的内周设有至少一对安装槽，每对安装槽在磁力件框架的内周上相对设置，磁力件的两端设有安装部，安装部置于一对安装槽内，用于将磁力件轴向固定于磁力件框架内。
作为一个示例，沿磁力件框架的内轴设置多对安装槽，磁力件安装于沿磁力件框架内周的不同位置处，从而改变第一安装角的范围，同一套磁力件框架即可获得多组第一安装角的取值范围。
作为一个示例，同一环形支撑件上安装的所有磁力件的第一安装角相同，从而确保同一环形支撑件上的所有磁力件的磁场线与反应腔室的轴线相同，增强磁场对晶圆表面的作用强度。
作为优选方案，安装槽的槽口外部设有挡片，挡片用于将磁力件径向固定于磁力件框架内。
作为优选方案，安装槽的槽口两侧设有第三安装孔，挡片通过螺钉与第三安装孔连接的。
作为一个示例，位于磁力件框架的端面上设有与安装槽连通的开口，磁力件的安装部插入安装槽后，通过螺钉与第三安装孔配合连接，将挡片固定在安装槽的槽口处，实现对磁力件的径向固定。
根据本发明实施例的一种半导体磁控溅射设备，包括反应腔室和磁力件结构；磁力件结构环绕设置于反应腔室的外侧。
本发明提供的磁控溅射设备，利用本发明提供的上述磁力件框架，能够根据不同工艺的需求，灵活地调节磁力件对反应腔室的所产生的磁场强度和角度，以满足不同工艺和保证更好的工艺结果。
实施例1
图3示出了根据本发明一个实施例的一种磁力件结构的示意图，图4示出了根据本发明一个实施例的一种磁力件框架的主视图，图5示出了根据本发明一个实施例的一种磁力件框架的俯视图，图6示出了根据本发明一个实施例的另一种磁力件框架的主视图。
如图3-图5所示，本实施例的一种半导体设备中的磁力件结构，磁力件结构环绕设置于半导体反应腔室的外部，磁力件结构包括：环形支撑件1、多个磁力件框架2和多个磁力件3；多个磁力件框架2设置在环形支撑件1上，且沿环形支撑件1周向分布；磁力件3对应安装于磁力件框架2内，以使磁力件3的轴线与反应腔室的轴线之间形成预设的第一安装角，第一安装角的角度可调节。环形支撑件1包括上环架4、下环架5和连接部6，上环架4和下环架5相互平行，且上环架4的轴线与下环架5的轴线重合，连接部6连接于上环架4和下环架5之间，上环架4通过连接部6可拆卸地连接于下环架5；沿上环架4的周向分布有多个第一安装孔8，沿下环架5的周向分布有多个第二安装孔9，第一安装孔8的位置与第二安装孔9的位置一一对应；每个安装面上设有一个框架表面安装孔10，磁力件框架2通过安装面的框架表面安装孔与上环架4和/或下环架5连接。
磁力件3为条状，磁力件框架2为正八边形棱柱结构。磁力件3的两端连接于磁力件框架2的内侧，磁力件框架2的外周设有八个安装面，每个安装面上开设有用于将安装面固定于环形支撑件1上的框架表面安装孔；环形支撑件通过螺钉与安装孔连接，磁力件框架3可通过任一安装面与环形支撑件1相连接，以调节第一安装角度。
如图4所示，磁力件边框2的正八边形具有八个安装面，当第二安装角为67.5°时，第一安装角度的可调节角度为22.5°、67.5°、112.5°、157.5°、202.5°、247.5°、292.5°、337.5°这八种角度。如图6所示，当第二安装角为90°时，第一安装角度的可调节角度为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°这八种角度。这样通过不同的磁力件安装位置和旋转磁力件框架的安装面就可以实现16种不同的第一安装角度。
沿磁力件框架2的内周设有至少两对安装槽7，每对安装槽7在磁力件框架2的内周上相对设置，磁力件3的两端设有安装部，安装部置于一对安装槽内，用于将磁力件3轴向固定于磁力件框架2内，使得磁力件3无法向磁力件架2的径向方向移动。
安装槽的槽口外部设有挡片11，挡片11用于将磁力件3径向固定于磁力件框架2内，使得磁力件3无法向磁力件框架2的轴向方向移动。安装槽7的槽口两侧设有第三安装孔17，挡片11通过螺钉与第三安装孔17连接的。
该磁力件结构的安装步骤如下：
步骤一：调整磁力件3的轴线与磁力件框架2的轴线之间的第二安装角，将每个磁力件1对应安装到一个磁力件框架2上，然后通过螺丝12和挡片11将磁力件3两端的安装部固定于安装槽7内；
步骤二：调整磁力件3的轴线与反应腔室的轴线之间的第一安装角，将第一安装角相对于的磁力件框架2的安装面与上环架4和下环架5贴合，使框架表面安装孔10与第一安装孔8和第二安装孔9对齐，如图5所示，通过用螺栓将磁力件框架2固定在环形支撑件1上。
步骤三：重复步骤一至步骤二，沿环形支撑件1周向依次安装多个磁力件框架2，形成磁力件结构，如图3所示。
该实施例的磁力件结构可以根据不同工艺的需要，灵活调节磁力件对反应腔室作用的磁场方向，满足不同工艺需求，得到更好的工艺结果。
实施例2
图7示出了根据本发明一个实施例的半导体磁控溅射设备的结构示意图。
如图7所示，本实施例的一种半导体磁控溅射设备，包括反应腔室16和磁力件结构；磁力件结构环绕设置于反应腔室16的外侧。
铜腔室在镀膜的过程中，腔室内的铜原子和铜离子呈正态分布，磁力件可以实现对离子分布的控制，当磁力件与腔室轴线角度改变时，腔室内的离子分布也会随之发生改变；这种可调节角度的磁力件结构使得磁场的作用更加精细化，磁力件在不同的角度其效果是不同的，例如当角度越大的时候得到的膜的厚度更薄，但均匀性更差。根据实际情况进行磁力件角度调节，最终实现所需要的工艺要求。例如，工艺调试中，工艺均匀性和反溅射率是重要监控指标，一般只能通过调整靶基间距进行优化，这样工艺窗口比较窄，而通过调整磁力件产生磁场角度也可以进行均匀性优化，从而拓宽工艺窗口。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (6)

1.一种半导体设备中的磁力件结构，所述磁力件结构环绕设置于半导体反应腔室的外部，其特征在于，所述磁力件结构包括：环形支撑件(1)、多个磁力件框架(2)和多个磁力件(3)；
所述多个磁力件框架(2)设置在所述环形支撑件(1)上，且沿所述环形支撑件(1)周向分布；所述磁力件(3)对应安装于所述磁力件框架(2)内，以使所述磁力件(3)的轴线与所述反应腔室的轴线之间形成预设的第一安装角，所述第一安装角的角度可调节；
所述磁力件(3)的两端连接于所述磁力件框架(2)的内侧，所述磁力件框架(2)的外周设有多个安装面，每个所述安装面上开设有用于将所述安装面固定于所述环形支撑件(1)上的框架表面安装孔；所述环形支撑件通过螺钉与所述安装孔连接，所述磁力件框架(2)可通过任一所述安装面与所述环形支撑件(1)相连接，以调节所述第一安装角度；
所述磁力件(3)为条状，所述磁力件框架(2)为正多边形棱柱结构。
2.根据权利要求1所述的磁力件结构，其特征在于，所述环形支撑件(1)包括上环架(4)、下环架(5)和连接部(6)，所述上环架(4)和所述下环架(5)相互平行，且所述上环架(4)的轴线与所述下环架(5)的轴线重合，所述连接部(6)连接于所述上环架(4)和所述下环架(5)之间，所述上环架(4)通过所述连接部(6)可拆卸地连接于所述下环架(5)；
沿所述上环架(4)的周向分布有多个第一安装孔(8)，沿所述下环架(5)的周向分布有多个第二安装孔(9)，所述第一安装孔(8)的位置与第二安装孔(9)的位置一一对应；
每个所述安装面上设有一个所述框架表面安装孔(10)，所述磁力件框架(2)通过所述安装面的所述框架表面安装孔与所述上环架(4)和/或所述下环架(5)连接。
3.根据权利要求1所述的磁力件结构，其特征在于，沿所述磁力件框架(2)的内周设有至少一对安装槽(7)，每对所述安装槽(7)在所述磁力件框架(2)的内周上相对设置，所述磁力件(3)的两端设有安装部，所述安装部置于所述一对安装槽内，用于将所述磁力件(3)固定于所述磁力件框架(2)内。
4.根据权利要求3所述的磁力件结构，其特征在于，所述安装槽的槽口外部设有挡片(11)，所述挡片(11)用于将所述磁力件(3)固定于所述磁力件框架(2)内。
5.根据权利要求4所述的磁力件结构，其特征在于，所述安装槽(7)的槽口两侧设有第三安装孔(17)，所述挡片(11)通过螺钉与所述第三安装孔(17)连接的。
6.一种半导体磁控溅射设备，其特征在于，包括反应腔室和根据权利要求1-5任意一项所述的磁力件结构。
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