CN116426893A - 磁控溅射设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁控溅射设备及方法。磁控溅射设备包括溅射腔体、基座、射频电源及磁铁装置；基座位于溅射腔体内，与射频电源电连接，磁铁装置位于溅射腔体的顶部；磁铁装置包括第一护磁环、第二护磁环、护磁板和多个磁铁，第二护磁环环设于第一护磁环的外围，护磁板位于第一护磁环和第二护磁环的下方，磁铁沿各护磁环的长度方向间隔分布于各护磁环和护磁板之间，磁铁的两端分别与护磁板及对应的护磁环连接，其中，各护磁环均包括至少一段沿护磁环的长度方向蜿蜒起伏分布的曲线段，相邻护磁环的曲线段对应设置；第一护磁环和第二护磁环下方的磁铁上端的极性相反。采用本发明，可以大幅改善低深宽比孔槽结构的金属填充均匀性。

Description

磁控溅射设备及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体设备，特别是涉及一种磁控溅射设备及方法。

背景技术

PVD磁控溅射是集成电路制造过程中沉积金属膜层等相关材料层时广泛采用的方法，是填充深孔、硅通孔和深槽结构的主要技术，比如热铝填充就主要采用PVD磁控溅射技术。

热铝工艺要填充的一般都是深宽比不高的结构。除了要控制好晶须等缺陷的数量，热铝工艺还应具有良好的台阶覆盖率。为了保证高溅射速率，热铝溅射一般都是采用标准的PVD溅射腔，靶材到晶圆的距离通常在30-60mm之间。对于标准溅射腔，台阶覆盖率的好坏（或高低）主要受两个关键参数的影响，一个是工艺温度，另一个就是靶材背面的磁铁装置。一般来说，工艺温度越高，台阶覆盖率就越好。但是温度太高会导致铝膜表面晶须等缺陷数量过多。在工艺温度不能过高的情况下，磁铁装置整体设计直接关系到整片晶圆表面的台阶覆盖率。现有的磁控溅射设备中的磁铁装置的整体结构如图1所示。采用该结构的磁铁装置，靶材中心和边缘的磁场较强，而靶材半中间区域的磁场较弱，使得对应靶材区域溅射下来的靶材粒子能量偏低、入射角大（同竖直方向的夹角偏大），导致晶圆表面对应区域（半中间区域）出现台阶覆盖率偏低的问题，晶圆表面半中间区域的孔槽填充会出现图2所示的孔隙或空洞，严重影响到器件的可靠性。除热铝填充之外，在填充金属铜、金属钨等其他材料时，也会出现类似的问题。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磁控溅射设备及方法，以解决现有的磁控溅射设备因磁铁装置产生的磁场在靶材中心和边缘的区域较强，而靶材半中间区域较弱，使得对应靶材区域溅射下来的靶材粒子能量偏低、入射角大，导致晶圆表面对应区域出现台阶覆盖率偏低的问题，晶圆表面半中间区域的孔槽填充会出现孔隙或空洞，严重影响到器件的可靠性等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种磁控溅射设备，所述磁控溅射设备包括溅射腔体、基座、射频电源及磁铁装置；所述基座位于所述溅射腔体内，用于承载基板，所述基座与射频电源电连接，以在基板上产生负偏压，所述磁铁装置位于溅射腔体的顶部；所述磁铁装置包括第一护磁环、第二护磁环、护磁板和多个磁铁，所述第二护磁环环设于第一护磁环的外围，护磁板位于第一护磁环和第二护磁环的下方，磁铁沿各护磁环的长度方向间隔分布于各护磁环和护磁板之间，磁铁的两端分别与护磁板及对应的护磁环连接，其中，各护磁环均包括至少一段沿护磁环的长度方向蜿蜒起伏分布的曲线段，相邻护磁环的曲线段对应设置，曲线段区域的磁铁分布密度大于非曲线段区域的磁铁分布密度；第一护磁环和第二护磁环下方的磁铁上端的极性相反。

可选地，各护磁环的曲线段形貌包括波浪形和/或之字形，曲线段区域的磁铁分布密度是非曲线段区域的磁铁分布密度2倍到5倍。

可选地，各曲线段的长度为30mm-120mm，幅值为20mm-50mm。

可选地，各护磁环均包括两段以上，且依磁铁装置的中心线对称分布的曲线段。

可选地，磁铁的形状包括圆柱体和/或立方体。

可选地，各护磁环下方的相邻两个磁铁的距离为2mm-30mm，磁铁的磁极面的表面积不大于与其相连接的护磁环的表面积。

可选地，各磁铁和对应的护磁环及护磁板通过紧固件或卡槽固定。

可选地，所述磁铁包括电磁铁和/或永磁铁，护磁板和各护磁环的材质包括不锈钢。

可选地，各护磁环的至少一个曲线段与其两端的非曲线段为活动连接。

可选地，各护磁环的非曲线段上设置有导轨，曲线段可沿对应的导轨移动，以改变曲线段相对于磁铁装置中心线的距离。

可选地，所述磁铁装置还包括驱动曲线段沿对应导轨移动的电机。

本发明还提供一种磁控溅射方法，所述磁控溅射方法依上述任一方案中所述的磁控溅射设备进行。

可选地，所述磁控溅射方法还包括在磁控溅射过程中改变各护磁环的曲线段的位置以调整磁场分布，以改善填充均匀性的步骤。

如上所述，本发明的磁控溅射设备及方法，具有以下有益效果：采用本发明，可以根据需要灵活调整磁铁的分布，由此改变磁力线的分布，可以大幅改善低深宽比孔槽结构的金属填充均匀性，提高器件的寿命和可靠性，提高设备产出率及企业经济效益。

附图说明

图1显示为现有的磁铁装置的例示性俯视结构示意图。

图2显示为采用现有的磁铁装置进行磁控溅射填充产生空洞的示意图。

图3显示为本发明提供的磁控溅射设备的例示性截面结构示意图。

图4和图5显示为本发明提供的磁铁装置于不同示例中的俯视结构示意图。

图6显示为图5沿AA线方向的截面结构示意图。

图7显示为本发明提供的磁铁装置的另一例示性俯视结构示意图。

图8显示为图7的磁铁装置的曲线段移动后的例示性俯视结构示意图。

图9显示为采用具有现有的磁铁装置的设备和具有本发明的磁铁装置的设备进行金属填充的填充率和膜厚均匀性的数据对比图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。

磁铁装置是磁控溅射设备中的重要部件，其产生的磁场会极大影响电子的运动轨迹，由此影响薄膜沉积均匀性。现有的磁控溅射设备由于其磁铁装置设计上的特点，其产生的磁场在靶材中心和边缘较强，而靶材半中间区域较弱，在进行接触孔的填充时，容易导致晶圆表面对应半中间区域出现台阶覆盖率偏低，孔槽填充会产生孔隙或空洞等缺陷，严重影响到器件的可靠性。对此，本发明提出了改善方案。

具体地，如图3所示，本发明提供一种磁控溅射设备，所述磁控溅射设备包括溅射腔体200、基座22、射频电源（未示出）及磁铁装置100；基座22位于溅射腔体200内，用于承载基板，例如用于承载晶圆。基座22与射频电源电连接。基座内可以设置加热和/或冷却装置。磁铁装置100位于溅射腔体200的顶部。除此之外，所述磁控溅射设备还进一步包括位于磁铁装置100和溅射腔体200之间的靶材21，靶材21位于溅射腔体的基座22正上方。此外还包括位于基座22外围的遮蔽环26，以及位于靶材21和遮蔽环26之间的上挡板24和下挡板25，基座22可与自溅射腔体21内部延伸至溅射腔体21外部的轴23相连接，基座21还可以上下升降。

所述磁铁装置100包括第一护磁环11、第二护磁环12、护磁板13和多个磁铁。护磁环顾名思义为环状，各部分以一体连接或可拆卸连接的方式构成一封闭环形结构。所述第二护磁环12环设于第一护磁环11的外围。即，第二护磁环12将第一护磁环11包围，因而也可以将第一护磁环11定义为内磁环，第二护磁环12定义为外磁环。护磁板13位于第一护磁环11和第二护磁环12的下方，磁铁沿各护磁环的长度方向间隔分布于各护磁环和护磁板13之间，即第一护磁环11和护磁板13之间沿第一护磁环11的长度方向间隔设置多个磁铁141，以及第二护磁环12与护磁板13之间沿第二护磁环12的长度方向上间隔设置有多个磁铁142。各磁铁的两端分别与护磁板13及对应的护磁环连接。其中，各护磁环均包括至少一段沿护磁环的长度方向蜿蜒起伏分布的曲线段，曲线段的下方分布有磁铁。且较佳地，各护磁环的各区域下方，包括各曲线段的下方以及除曲线段外的其他区域的下方均设置有磁铁，曲线段区域的磁铁分布密度大于非曲线段区域的磁铁分布密度。且发明人经大量实验发现，曲线段区域的磁铁分布密度是非曲线段区域的磁铁分布密度2倍到5倍。相邻护磁环的曲线段对应设置。第一护磁环11和第二护磁环12下方的磁铁上端，即与护磁环相连接的一端的极性相反（因而对应磁铁的下端，即与护磁板相连接的一端的极性也相反）。也就是说，第一护磁环11和护磁板13之间的磁铁141和第二护磁环12和护磁板13之间的磁铁142以S极和N极交替朝上的方式依次成对设置，第一护磁环11下方的所有磁铁141的上端的极性全部相同，第二护磁环12下方的所有磁铁142的上端极性也全部相同，但两个护磁环下方的磁铁上端分别为S极和N极。比如如图6所示，第一护磁环11下方的所有磁铁141的N极都在对应磁铁的上端而S极都在下端，反之第二护磁环12下方的所有磁铁142的N极都在对应磁铁的下端而S极都在上端。从左到右，四个小磁铁上表面的磁极分别为S极-N极-N极-S极。当然，这些小磁铁的磁极面分布也可以与之相反设置，对此不做限制。

在较佳的示例中，所述磁铁装置100为对称结构，其具有一个旋转中心15。在磁控溅射过程中，将磁铁装置100绕该旋转中心15旋转，有助于提高沉积均匀性和靶材刻蚀的均匀性。所述磁铁装置100可以具有单个或多个图4和5所示的结构，从简化设备结构的角度考虑，优选为单个。虽然图4和图5中仅具有第一护磁环11和第二护磁环12这两个护磁环，但在其他的示例中，还可以具有4个或更多偶数个配置的护磁环，各护磁环的下方均对应设置有磁铁。各护磁环的整体形貌可以是如图4所示的上端横向尺寸小于中间段横向尺寸的结构（自上而下逐渐加大，到达最大值后又逐渐减小，各护磁环下部为类U型结构），使得以磁铁装置100中线呈对称分布的两个曲线段的中线的间距自上而下逐渐增加。各护磁环的整体形貌也可以是如图5所示的上端横向尺寸与中间段横向尺寸相同的结构（到达一定距离后逐渐减小，使得各护磁环下部为类U型结构），使得以磁铁装置100中线呈对称分布的两个曲线段的中线的间距在各处相等。

图4和图5中，虽然示意的各护磁环均设置有两个曲线段，但在其他的示例中，各护磁环的曲线段也可以仅为一段，或者为3段以上，但优选两段或以上，即各护磁环的曲线段均包括两个以上。在进一步的示例中，各护磁环的2个以上曲线段依磁铁装置100的中心线对称分布。

本实施例中，为便于描述，将各护磁环除曲线段外的部分，例如将连接两个曲线段之间的部分定义为非曲线段，但这些非曲线段并不一定是直线，只是其蜿蜒起伏的程度，或者说凹凸分布的密度比曲线段部分更小。比如图4和图5中，各护磁环上部的连接部分为类似W形，而下部的连接部分为向下凸出的弧形，或者还可以为其他结构，对此不做限制。

作为示例，各护磁环的曲线段形貌可以是波浪形，曲线段的起伏程度，即其左右两侧的凸起偏离其中心线的程度（本实施例中定义为振幅）可以相同或不同，且其蜿蜒起伏可以是规律性的，也可以是不规律的。比如在一示例中，曲线段为类似于正弦或余弦曲线的形状。即其蜿蜒起伏是规律的，朝左右两侧的起伏程度，即振幅相同。例如图5中的磁铁装置100的曲线段的蜿蜒起伏程度，即振幅大于图4所述的磁铁装置100的曲线段的振幅。起伏的幅宽需以曲线段各区域下方能安装磁铁为宜。

在其他的示例中，各曲线段也可以是之字形或其他形状，或者由多段不同形状的结构构成。例如部分为波浪形，部分为之字形。不同曲线段的结构和长度可以相同或不同，本实施例中不做严格限制，但相邻护磁环的对应两个曲线段的形貌优选相同（长度不一定相同）。且本实施例中，虽然示意的各曲线段存在一直线形的中线，该中线可以看做该曲线段的基线，以该基线为基准朝基线左右两侧交替延伸。在其他示例中，各曲线段的中线也可以为弧线或其他形状，或者并不存在中线，即曲线段的弯曲延伸没有固定规律。各曲线段的长度和振幅大小可以根据需要设置，但在较佳的示例中，各曲线段的长度为30mm-120mm，幅值为20mm-50mm（各曲线段偏离中线的最大距离）。

作为示例，磁铁的形状可以是圆柱体、立方体或其他不规则结构，不同磁铁的形状可以相同或不同，例如部分为圆柱体，部分为立方体，但在较佳的示例中，所有磁铁的形状优选相同。由于磁铁的体积一般比较小，故而一般称之为小磁铁。小磁铁可以是电磁铁，也可以是永磁体，例如由稀土材料制成的永磁体，或为多种类型的结合。本实施例中优选诸如钕铁硼等材质的永磁体。各磁铁可以是一体加工成型，也可以是由多块片状小磁铁堆叠而成。各磁铁可以均匀间隔分布或者非均匀间隔分布，只要确保相邻护磁环下方的磁铁对应即可。较佳地，各护磁环下方的相邻两个磁铁的距离为2mm-30mm（当磁铁为非均匀间隔时，此距离指相邻磁铁间的最大间距），更优的间距为3mm-10mm。磁铁的磁极面的表面积较佳地为不大于与其相连接的护磁环的表面积（或者说磁铁的宽度不大于其上表面的护磁环的宽度，参考图6所示），使得护磁环完全将磁铁覆盖。

各磁铁和对应的护磁环及护磁板13可以采用多种方式固定，例如通过焊接固定。但在其他的示例中，优选通过螺丝等紧固件或采用卡槽固定，例如护磁板13和护磁环上下对应设置有卡槽，而磁铁的两端位于相应的卡槽内。或者磁铁的两端设置有外螺纹，可以对应旋设到护磁板13和护磁环的螺丝孔内。在其他的一些示例中，还可以将螺丝孔的分布密度设置为大于磁铁数量，或者卡槽可以设置为腰形槽。因而在不同的沉积工艺中，可以根据需要调整磁铁的位置，改变磁铁在不同区域的分布密度，由此调整磁力线的分布。

护磁板13和各护磁环用于保护磁铁及汇聚传输磁力线，两者的材质可以相同或不同。例如两者的材质均可以采用导磁率比较高的软铁、A3钢、软磁合金或铁氧体材料。为便于加工，本实施例中，护磁板13和各护磁环的材质均优选不锈钢。护磁板13可以是一个近圆盘状的圆板，也可以是多块与护磁环形貌相匹配的环状板，各环状板之间可以通过紧固件固定。本实施例中，护磁板13优选为一块整板。

所述磁铁装置100还可以具有壳体（未示出），例如一不锈钢或铝合金材质的壳体，前述的护磁环、护磁板13和磁铁整体位于壳体内，壳体上可以设置有进水口和出水口，以在磁控溅射过程中向壳体内通入冷却水对磁铁装置100进行冷却。此外，磁铁装置100还可以具有用于驱动磁铁装置100绕旋转中心旋转的电机等驱动部件。由于这些部分非本发明的重点，对此不做一一说明。本发明提供的磁铁装置100由于在护磁环设置蜿蜒起伏的曲线段，曲线段的设置位置可以根据需要选择，比如对应设置在晶圆原本存在薄膜沉积不足的区域上方。设置的曲线段使得在有限的空间内护磁环的长度增加，因此可供设置磁铁的空间（磁铁的磁极面必须与护磁环相连接）增大，使得对应该区域的磁铁的分布增多，可以产生更多的平行于靶材表面的磁力线，使得该区域磁场束缚的电子密度增大，溅射下来的靶材粒子密度相应增大，由此相应增加该区域的薄膜沉积量。

本实施例提供的磁控溅射设备的例示性使用原理为：

如果晶圆半中间区域的填孔效果不佳，则在加工设计和加工磁铁组件的时候就将护磁环的特殊曲线段设置于对应靶材半中间的区域，从而可以提高靶材半中间区域的磁通量密度，并在此区域产生更多平行于靶材表面的磁力线，拓宽靶材表面环形刻蚀跑道的宽度，增加靶材溅射粒子的数量，并减小粒子进入孔槽结构的入射角（粒子入射方向与晶圆表面法线的夹角），从而可以大幅改善晶圆半中间区域孔槽结构的填充率。同时，将放置基板的基座与射频电源相连，射频功率会在基板上产生一个负偏压，配合采用磁铁曲线蜿蜒段能大幅提升靶材表面局部磁通量密度，从而提升靶材金属粒子和氩气的离化率，可以使反应腔体内等离子体区域出现更多的金属阳离子和氩离子，这两种阳离子在负偏压的作用下会以较小的入射角进入到沟槽结构内，沟槽的侧壁和底部都能沉积更厚的膜层，从而获得更好的沟槽填充均匀性。

发明人经大量实验证实，使用如图1所示的现有磁铁装置，晶圆半中间区域的孔槽填充率只有70-75%，而一旦把护磁环的特殊曲线段设置于靶材半中间区域之后，即采用如图4所示的磁铁装置100，晶圆半中间区域的孔槽填充率能提升到83-88%。如果增加特殊曲线部分的振幅（波峰与波谷到基线的距离），例如采用如图5所示的磁铁装置100，晶圆半中间区域的孔槽填充率能进一步提升到89-93%。

同样地，如果晶圆边缘区域的填孔效果不佳，则将护磁环的特殊曲线部分设置于靶材边缘区域。基于同样的道理，晶圆边缘区域孔槽结构的填充率也能得到大幅的改善。

图4和图5中示例的磁铁装置100，护磁环各段之间是固定连接的，因而曲线段距离磁铁装置100中心线的位置是不能改变的，只能通过对磁铁装置100整体进行旋转以改变特定区域的磁力线的分布。这种根据填孔的需要在设计和加工磁铁组件的时候就把护磁环的特殊曲线部分设置在靶材的相应区域虽然可以大幅改善孔槽结构的填充效果，但是也会产生一个副作用，即填充改善的区域可能会出现膜厚变厚的问题，从而影响到膜层的厚度均匀性。因而本发明提出了进一步的改善方案。

本示例中，各护磁环的至少一个曲线段与其两端的非曲线段为活动连接。例如各护磁环的曲线段及连接曲线段之间的非曲线段为各自独立的结构。曲线段和非曲线段通过拼接，例如通过螺丝等紧固件实现连接。在需要时，可以手动调整曲线段的位置，例如将曲线段在同一水平面内朝x轴方向、y轴方向或与x轴呈一定夹角的方向移动。

在一较佳的示例中，如图7和图8所示，各护磁环的非曲线段上设置有导轨，比如第一护磁环11上设置有第一导轨112，例如也可以称之为内导轨，第二护磁环12上设置有第二导轨122，例如也可以称之为外导轨。导轨可以是槽式导轨，曲线段的端部可以做成滑块结构，使得其可以在导轨槽中移动。或者导轨为两端具有滑槽的结构，曲线段的端部可架设于导轨上并卡设于卡槽内。各曲线段可沿对应的导轨移动，以改变曲线段相对于磁铁装置100中心线的距离。即第一护磁环11的曲线段111可以沿第一导轨121移动，第二护磁环12的曲线段121可以沿第二导轨122移动。同一护磁环的不同曲线段的移动可以相同或不同，但相邻护磁环的对应曲线段的移动优选保持同步。曲线段的移动可以为手动作业，但在较佳的示例中，所述磁铁装置100还包括驱动曲线段沿对应导轨移动的电动装置，例如还包括电机。因而在溅射沉积过程中，通过电机控制曲线段的移动，由此把各护磁环的特殊曲线部分移动到对应需要改善填充效果的区域。例如当晶圆边缘区域填充不好，则通过手动调整或控制电机将护磁环沿内滑轨和外滑轨移动到如图7所示的靠近靶材边缘的区域；当晶圆中间区域填充不好，则通过手动调整或控制电机将护磁环沿内滑轨和外滑轨移动到如8所示的靠近靶材中间的区域。

此外，为了改善膜厚均匀性，在溅射的过程中，可以采用电机带动护磁环的特殊曲线部分（连同与曲线段相连接的小磁铁）做持续滑动，例如图7中所示的左右两个特殊曲线部分可以同时不停地从滑轨最左边滑动到最右边，然后再滑回到最左边，如此做往复式滑动，或者两者同时不停地从滑轨最右边滑动到最左边，然后再滑回到最右边。或者也可以让左侧特殊曲线部分不停地从滑轨最左边滑动到最右边，然后再回到最左边，而右侧特殊曲线部分可以同时不停地从滑轨最右边滑动到最左边，然后再回到最右边，如此做往复式滑动。

在往复式滑动的过程中，护磁环可以匀速滑动，也可以采用变速滑动。为了取得更好的填充率，护磁环可以在晶圆填充较差区域对应的靶材区域附近降低滑动速度甚至短时停顿，以增加在该区域的停留时间。在膜厚偏薄区域对应的靶材区域附近降低滑动速度，以增加在该区域的停留时间。移动曲线段的过程中不停机，使得薄膜沉积作业不被中断，不仅可以极大提高薄膜沉积质量和沉积效率，而且可以减少设备损伤，提高设备产出率。

发明人对现有磁控溅射设备以及本发明的磁控溅射设备进行了大量实验，实验过程中除磁铁装置的结构不一样外，其他工艺条件，如溅射功率、溅射时间等条件均相同。实验结构如图9所示。从图9可以看到，采用本发明的带有可移动曲线段的护磁环的磁铁装置既能在晶圆所有区域获得极佳的填充效果，又能获得良好的膜厚均匀性。

本发明提供的磁控溅射设备适用于各种磁控溅射工艺。尤其是用于诸如热铝填充等金属填充工艺时，能大幅改善低深宽比（例如深宽比小于5）孔槽结构的金属填充均匀性，提升器件的寿命和可靠性，以及厂家的产出率，降低设备的运行成本，从而极大地提高集成电路/半导体器件生产厂家的经济效益。

同时，采用本发明提供的磁控溅射设备进行磁控溅射，可以在溅射过程中根据需要调整磁铁装置的曲线段的分布，以调整磁力线的分布，由此改善沉积均匀性，尤其是改善深孔填充均匀性。

本发明还提供一种磁控溅射方法，所述磁控溅射方法依上述方案中的磁控溅射设备进行。故前述对所述磁控溅射设备的介绍可以全文引用至此。本发明的磁控溅射方法可以用于常规的金属薄膜的制备，但尤其适用于具有低深宽比孔槽结构的金属填充，例如用于孔槽的热铝填充。磁控溅射过程中，可以根据需要对磁铁装置进行旋转而曲线段在护磁环上的位置保持不变。在一些示例中，若需沉积的时间比较长，为避免对应曲线段下方的区域出现过度沉积的情况，可以在磁控溅射过程中（即移动曲线段的过程中持续进行薄膜沉积），根据膜厚检测结果，通过手动操作或电动控制，尤其是推荐采用电机控制以将曲线段移动到沉积量偏少区域的上方。通过增强对应区域的磁场强度，增加该区域的溅射离子量，进一步改善填充均匀性。移动曲线段的过程中可以是匀速移动或变速移动，这取决于沉积需要。同一护磁环的不同曲线段的移动可以同步或不同步，但相邻护磁环的对应曲线段的移动最好同步。对所述磁控溅射方法的更多介绍还请参考前述内容，对此不再赘述。

综上所述，本发明提供一种磁控溅射设备及方法。所述磁控溅射设备包括溅射腔体、基座、射频电源及磁铁装置；所述基座位于所述溅射腔体内，用于承载基板，所述基座与射频电源电连接，以在基板上产生负偏压，所述磁铁装置位于溅射腔体的顶部；磁铁装置包括第一护磁环、第二护磁环、护磁板和多个磁铁，所述第二护磁环环设于第一护磁环的外围，护磁板位于第一护磁环和第二护磁环的下方，磁铁沿各护磁环的长度方向间隔分布于各护磁环和护磁板之间，磁铁的两端分别与护磁板及对应的护磁环连接，其中，各护磁环均包括至少一段沿护磁环的长度方向蜿蜒起伏分布的曲线段，相邻护磁环的曲线段对应设置，曲线段区域的磁铁分布密度大于非曲线段区域的磁铁分布密度；第一护磁环和第二护磁环下方的磁铁上端的极性相反。采用本发明，可以根据需要灵活调整磁力线的分布，可以大幅改善低深宽比孔槽结构的金属填充均匀性，提高器件的寿命和可靠性，提高设备产出率，提高企业经济效益。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种磁控溅射设备，其特征在于，所述磁控溅射设备包括溅射腔体、基座、射频电源及磁铁装置；所述基座位于所述溅射腔体内，用于承载基板，所述基座与射频电源电连接，以在基板上产生负偏压，所述磁铁装置位于溅射腔体的顶部；所述磁铁装置包括第一护磁环、第二护磁环、护磁板和多个磁铁，所述第二护磁环环设于第一护磁环的外围，护磁板位于第一护磁环和第二护磁环的下方，磁铁沿各护磁环的长度方向间隔分布于各护磁环和护磁板之间，磁铁的两端分别与护磁板及对应的护磁环连接，其中，各护磁环均包括至少一段沿护磁环的长度方向蜿蜒起伏分布的曲线段，相邻护磁环的曲线段对应设置，曲线段区域的磁铁分布密度大于非曲线段区域的磁铁分布密度；第一护磁环和第二护磁环下方的磁铁上端的极性相反。

2.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，各护磁环的曲线段形貌包括波浪形和/或之字形，曲线段区域的磁铁分布密度是非曲线段区域的磁铁分布密度2倍到5倍。

3.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，各曲线段的长度为30mm-120mm，幅值为20mm-50mm。

4.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，各护磁环均包括两段以上，且依磁铁装置的中心线对称分布的曲线段。

5.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，磁铁的形状包括圆柱体和/或立方体，各护磁环下方的相邻两个磁铁的距离为2mm-30mm，磁铁的磁极面的表面积不大于与其相连接的护磁环的表面积。

6.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，各磁铁和对应的护磁环及护磁板通过紧固件或卡槽固定。

7.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述磁铁包括电磁铁和/或永磁铁，护磁板和各护磁环的材质包括不锈钢。

8.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，各护磁环的至少一个曲线段与其两端的非曲线段为活动连接。

9.根据权利要求8所述的磁控溅射设备，其特征在于，各护磁环的非曲线段上设置有导轨，曲线段可沿对应的导轨移动，以改变曲线段相对于磁铁装置中心线的距离。

10.根据权利要求9所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述磁铁装置还包括驱动曲线段沿对应导轨移动的电机。

11.一种磁控溅射方法，其特征在于，所述磁控溅射方法依权利要求1至10任一项所述的磁控溅射设备进行。

12.根据权利要求11所述的磁控溅射方法，其特征在于，所述磁控溅射方法还包括在磁控溅射过程中改变各护磁环的曲线段的位置以调整磁场分布，以改善填充均匀性的步骤。

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