CN1329678A - 溅射装置 - Google Patents
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Abstract
一种溅射装置,在处理室的上方具有多个以同心状配置的环状靶材,在处理室内部设有用于保持半导体基板的支架,靶材及支架连接直流电源。此外,在处理室上连接有内部抽真空用真空泵,还连接有向内部导入等离子体产生用待处理气体通常是氩气的气体供应源。通过分别控制各靶材的电位,可调整靶材的溅射率。由此,可提高成膜的均匀性。
Description
本发明涉及在半导体器件等的制造中所使用的溅射装置。
溅射装置是在等离子体中，使待处理气体的正离子通常是氩离子撞击阴极即靶材表面，将由此溅出的靶材原子堆积在阳极侧的基板例如半导体晶片上，进行成膜。
在上述溅射装置中，为了通过提高靶材表面附近的等离子体的密度来提高溅射效果，广泛使用所谓的磁控管方式。在此种方式中使用一般叫作磁控管装置的磁铁装置，产生平行于靶材表面的磁场。该磁场与靶材和晶片间的电场交叉，因此从靶材射出的电子在靶材表面的附近区域被俘获，从而可提高该区域的等离子体密度。
近年来，随着半导体器件的高度集成化，布线图的细微化日益发展，通过溅射法已不能在接触孔及通孔等上有效地进行成膜。例如，在标准的溅射装置中，对具有细孔的晶片表面进行成膜时，因在孔的入口处形成突起，所以存在使影响底端覆盖率的问题。由此而开发出准直溅射法或远程(远距离)溅射法等新技术。
准直溅射法，是在靶材和半导体晶片间设置称为准直仪的具有多个孔的板，使得被溅射粒子穿过准直仪的孔，从而令原本无方向性的被溅射粒子具有方向性，且在半导体晶片上主要是只堆积垂直成分的被溅射粒子的技术。
而远程溅射法，是靶材与半导体晶片间的距离与现有技术中的距离相比长得很多的方法。在该方法中，以相对于半导体晶片较大的角度行进的被溅射粒子是使到达半导体晶片的外侧区域，而只有在垂直方向行进的被溅射粒子堆积在半导体晶片上。
上述的准直溅射法及远程溅射法都有很好的底端覆盖率，是一种针对布线图细微化的成膜技术。但是，准直溅射法中，被溅射粒子附着在准直仪上，且当附着量增多时，引起堵塞，恐怕使带来成膜的均匀性及堆积率的下降。而附着在准直仪上的膜剥离后变成半导体晶片上的异物，从而成为器件不良的因素。并且，准直仪因等离子体而变成高温，从而存在影响基板的温度控制的问题。此外，因为被溅射粒子的直进性较强，有可能存在周边覆盖率不充分的问题。
另一方面，在远程溅射法的情况下，靶材与半导体晶片间不存在任何物品，因此不需要如准直仪的更换之类维修作业，但靶材与半导体晶片间的距离长，因此存在其堆积率极其不佳的问题。
此外，为了确实地将被溅射粒子在垂直方向上堆积，需要尽可能减小放电电压使得被溅射粒子在飞行途中不使撞击气体分子。为此，必须预备专用的磁控管从而即使在低压状态中也能稳定放电，而这样使提高装置的成本。此外，半导体晶片的中心部分和周边部分的堆积率有所不同，因此存在半导体晶片的整个端面上膜厚的均匀性不好的问题。
另外，因在现有技术中存在靶材的外侧部分的腐蚀变大的趋势，存在即使靶材的内侧部分的腐蚀较小，也有必要更换靶材整体的问题。如上所述，为了腐蚀均匀化而调整磁控管的磁铁排列，但磁铁的排列使受到种种限制，因此不能实现腐蚀的充分均匀化。
本发明正是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种可控制从靶材向半导体晶片移动的成膜粒子的方向，从而提高半导体晶片上的成膜的均匀性的溅射装置。
为了达到上述目的，本发明是一种在处理室内配置的基板上以靶材材料进行成膜的溅射装置，其特征在于具有在处理室内相对于基板配置且以同心状配置的多个靶材；及调整前述靶材各自的溅射率的装置。
根据本发明，将靶材分成多个，通过已分成的各靶材上施加不同的电压来调整溅射率，从而可实现各靶材的腐蚀均匀化。
设置在中心部分的靶材可以是圆盘状或环状。
并且，本发明其特征在于在靶材间设置屏蔽环。因此，在由屏蔽环所包围的空间内可塞入等离子体，从而可提高对靶材的控制的针对性，而且可规定靶材粒子的方向，因此可提高半导体晶片上的成膜的均匀性。
本发明的溅射装置在具备磁控管的情况下，溅射率的调整是可由与各靶材相对应的磁控管装置的磁铁来进行。
本领域的技术人员可通过参照附图阅读下述详细说明清楚地了解本发明的上述及其他特征或优点。
图1表示本发明的溅射装置的第1实施例的截面示意图。
图2表示图1所示的溅射装置的靶材的背面图。
图3表示相对于图1所示溅射装置其靶材的电气布线系统的示意图。
图4表示本发明的溅射装置的第2实施例的截面示意图。
图5表示图4所示的溅射装置的靶材的背面图。
图6表示相对于图4所示溅射装置其靶材的电气布线系统的示意图。
图7表示本发明的溅射装置的第3实施例的截面示意图。
图8表示本发明的溅射装置的第4实施例的截面示意图。
图9表示相对于靶材的电气布线系统的变形例的示意图。
图10表示相对于靶材的电气布线系统的变形例的示意图。
下面根据附图，对本发明的溅射装置的实施例进行说明。
图1是表示本发明的溅射装置的一实施例的截面示意图。在各图中同一标记表示相同或相应部分。
在图1中，溅射装置10A具有，在内部进行半导体晶片等基板12的溅射处理的处理室14。在处理室14的上部，通过背板16将由欲堆积在基板12表面上的材料构成的多个靶材17固定于绝缘支撑板15上。该靶材17如图2所示，具有不同的直径且以同心状配置。
另外，处理室14的内部设有用于保持基板12的支架18(保持装置)，而该支架18上端与靶材17的下端平行地对置。靶材17和支架18如后所述，各自连接直流电源的阴极和阳极。并且，处理室14上连接有内部抽真空用减压装置即真空泵50，还连接有用于把产生等离子体用的待处理气体通常是氩气导入内部的气体供应源52。
根据如上结构，向已通过真空泵50将其内部的压力减至规定的压力的处理室14内，由气体供应源52导入氩气，在靶材17与支架18间施加电压，从而产生等离子体。因此，后述的电源V1、V2是作为等离子体化装置而起作用。此时，等离子体中的氩离子撞击靶材17的下端，溅出靶材的原子，而该靶材原子堆积在基板12上形成薄膜。
在支撑板15的上方设置用于提高处理室14内产生的等离子体的密度的磁控管装置22。该磁控管装置22具有：与靶材17同轴且固定有多个磁铁单元24的圆盘状的基盘26；和用于旋转驱动基盘26的驱动单元28。驱动单元28的旋转轴30与靶材17及基盘26同轴，且连接于基盘26的中心。将基盘26旋转的目的是为了避免由磁铁单元24形成的磁场相对于靶材17静止时所产生的不良情况。
图3表示多个以同心状设置的靶材17的布线示意图。在图3中，最外侧的靶材17上通过直流电源V1施加电压，而剩余的靶材即中间及最内侧的靶材17上各自连接直流电源V2，且直流电源V2向中间及内侧的靶材施加比直流电源V1的电压大的负电压。由此，可改变等离子体的密度分布，且可通过减弱对外侧靶材17的溅射率来实现腐蚀均匀化。此外，即使在发生靶材的腐蚀不均匀的情况下，也可分别更换个别的环状靶材17，因此比在现有技术中需更换大的靶材的情况更能节省成本。另外，对应于各靶材17可配置磁控管装置22的磁铁或者磁铁单元24，且可调整磁铁的配置或磁场强度，因此具有便于个别控制对于靶材17的溅射率的优点。
图4表示本发明的溅射装置的第2实施例的截面示意图。在图4中，溅射装置10B的结构基本上与图1中的溅射装置10A基本相同，不同之处在于将支撑板15的中央部分的靶材以圆盘状靶材32代替。即如图5所示，在中央的圆盘状靶材32的周围配置环状靶材17。
另外，如图6所示，各靶材17、32上分别连接直流电源V1、V2、V3。直流电源V1可施加最小的负电压，而直流电源V3可施加最大的负电压，因此，可通过减弱对应于最外侧靶材17的溅射率来实现腐蚀的均匀化。在该实施例中，通过在中央部分配置圆盘状靶材32，可以以较充分的靶材材料来进行成膜。并且即使产生靶材的腐蚀不均匀，也可以个别更换环状靶材17。
图7表示本发明的又一实施例的截面示意图。在图7中，溅射装置10C的结构基本上与图1中的溅射装置10A基本相同，不同之处在于圆筒状的屏蔽环40、42设置在内侧与中间的靶材之间、及中间与外侧的靶材之间。另外，适用于各靶材17的电气系统图与图3相同。通过设置这些屏蔽环40、42，且在由屏蔽环40、42包围的空间内可塞入等离子体，因此可精确进行对于靶材的溅射率的个别调整。从而提高成膜的端面的均匀性。另外，水平方向的靶材粒子的飞行通过屏蔽环来抑制，所以靶材粒子的飞行方向中垂直成分使多起来，从而提高底端覆盖率。
图8表示本发明的溅射装置的第4实施例的截面示意图。在图8中，溅射装置10D的结构基本上与图4中的溅射装置10B基本相同，不是之处在于在圆盘状靶材32及靶材17的周围设置屏蔽环41、42。另外，同样适用图6所示的布线。因设置这些屏蔽环40、42所带来的优点、及因将靶材做成圆盘状所带来的优点如同上面所述。
此外，在上述实施例中，对借助于图3所示的布线向溅射装置10A、10C上施加直流电压的情况进行了说明，而且对借助于图6所示的布线向溅射装置10B、10D施加直流电源的情况进行了说明。不过，也可以用图9所示的布线向溅射装置10A、10C施加直流电压，且用图10所示的布线向溅射装置10B、10D施加直流电压。在这些图9及图10所示的布线中，尽管令所有靶材处于同电位，但通过考虑磁控管的磁铁的配置及磁场强度等，可以防止靶材的腐蚀，提高半导体晶片端面的成膜的均匀性。
另外，在溅射装置10A、10C中，对使用3个环状靶材17的情况进行了说明，但本发明并不限定于此，也可以使用2个或4个以上的环状靶材。在溅射装置10B、10D中，对使用2个屏蔽环40、42的情况进行了说明，但本发明并不限定于此，根据靶材的数目或溅射装置的处理条件可适当更改屏蔽环的数量。
并且，在上述实施例中以具有导电性的靶材作为前提，但本发明也可适用由绝缘材料构成的靶材，此时，只向各靶材的背板16通电即可。
如上所述，根据本发明，将在处理室内与基板相对配置的靶材以同心状分成多个靶材，且设有调整已分成的各靶材的溅射率的装置，因此可个别控制各靶材的腐蚀，提高膜厚的端面均匀性。
另外，根据本发明，通过在已分成的靶材间设置屏蔽环，有望提高底端覆盖率。
因此，本发明的溅射装置在近年来的足够细微化、高精密度化的半导体器件等的制造中是非常有用的。
Claims (9)
1.一种溅射装置，包括：处理室；设置于前述处理室内，且保持基板的保持装置；将前述处理室内的压力减至所规定的压力的减压装置；向前述处理室内提供待处理气体的气体供应装置；对由前述气体供应装置所提供的处理气体等离子体化的等离子体化装置；与通过前述保持装置所保持的基板相对地设置的，相互之间同心配置的、由成膜材料构成的多个靶材；以及调整前述各靶材的溅射率的装置。
2.如权利要求1所述的溅射装置，其特征在于前述靶材都是环状。
3.如权利要求1所述的溅射装置，其特征在于设置于最内侧的靶材是圆盘状，而设置于其外侧的靶材至少1个是环状。
4.如权利要求1所述的溅射装置，其特征在于还包含设置于前述靶材间的圆筒状屏蔽环。
5.如权利要求1所述的溅射装置，其特征在于还包含与前述靶材的与前述保持装置相反侧的端面邻接地配置的磁控管装置，且前述调整溅射率的装置是与前述各靶材相对应的磁控管装置的磁铁。
6.如权利要求1所述的溅射装置，其特征在于调整前述溅射率的装置是分别与前述各靶材的电源连接。
7.如权利要求6所述的溅射装置，其特征在于前述电源的输出电压各不相同。
8.如权利要求1所述的溅射装置，其特征在于还包含分别支撑前述各靶材的具有导电性的背板，且前述调整溅射率的装置是与前述各背板分别连接的电源。
9.如权利要求8所述的溅射装置，其特征在于前述电源的输出电压各不相同。
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