專利名稱：用于大面積襯底的低壓濺射的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例一般來說涉及材料的濺射。具體地，本發(fā)明涉及用在大面積襯底的物理氣相沉積中的濺射電壓。
背景技術(shù)：
物理氣相沉積(PVD)是在諸如平板顯示器之類的電子裝置制造中最常用的工藝之一。PVD是在真空室中進行的等離子加工，在真空室中負偏壓的靶暴露至具有較重的原子的惰性氣體(例如氬)或包含這種惰性氣體的氣體混合物的等離子體。通過惰性氣體的離子對靶的轟擊(濺射)導(dǎo)致靶材料的原子射出。射出的原子在襯底上累積成沉積的膜，其中襯底放置在位于室中的靶之下的襯底基座上。平板顯示器濺射主要在襯底的大尺寸和它們的矩形形狀方面不同于發(fā)展了很長時間的晶片濺射技術(shù)。
DC磁控濺射是半導(dǎo)體集成電路的制造過程中將金屬沉積到半導(dǎo)體集成電路上以在集成電路中形成電氣連接和其它結(jié)構(gòu)的主要方法。具有至少一對相對的磁極的磁控管布置在靶的后部以產(chǎn)生靠近靶的前表面并與其平行的磁場。磁場捕獲電子，并且為了在等離子體中進行電荷中和，另外的氬離子被吸引到鄰近磁控管的區(qū)域中以在那里形成高密度等離子體。由此，增加了濺射速率。通常，濺射反應(yīng)器的側(cè)面用屏蔽覆蓋以保護室壁免受濺射沉積。屏蔽通常電接地，由此提供了與靶陰極相對的陽極，以將DC靶能量電容性地耦合到室中及其等離子體。在一些濺射室中有暗區(qū)屏蔽，其以足夠的間隔靠近靶，以抑制在靶和屏蔽之間形成允許在屏蔽和靶之間產(chǎn)生電短路的等離子體。金屬靶通常被偏壓至大約-400至-600伏DC范圍內(nèi)的負DC偏壓，以朝向靶吸引氬工作氣體的正離子，以濺射金屬原子。
在20世紀90年代早期，針對用于大顯示器的玻璃面板上形成的薄膜晶體管(TFT)開發(fā)了濺射反應(yīng)器，這樣的大顯示器例如用于計算機監(jiān)視器和電視屏幕的液晶顯示器(LCD)。之后該技術(shù)應(yīng)用到其它類型的顯示器，例如等離子顯示器和有機半導(dǎo)體，并且應(yīng)用到其它的面板組分，例如塑料和聚合物。一些早期的反應(yīng)器被設(shè)計用于具有大約400mm×600mm尺寸的面板。通常認為不可能用單個連續(xù)的濺射層形成這種大的靶。作為替換，多個濺射材料塊結(jié)合到單個靶的背襯板。對于一些平板靶來說，可以將靶制成足夠大以延伸穿過靶的較短方向，使得塊在背襯板上形成一維陣列。
塊通常結(jié)合到背襯板，塊之間可以形成間隙。相鄰的塊可以互相直接接觸但是不應(yīng)當(dāng)互相施加力。但是，塊之間的間隙的寬度應(yīng)當(dāng)不大于等離子體暗區(qū)，其中等離子體暗區(qū)通常對應(yīng)于等離子體鞘的厚度，并且對于氬工作氣體的正常壓力來說通常略微大于約0.5mm至1mm。等離子體不能形成在具有小于等離子體暗區(qū)的最小距離的空間中。如果間隙僅略微大于等離子體暗區(qū)，則間隙中的等離子體狀態(tài)可能不穩(wěn)定且可能導(dǎo)致間歇放電。即使放電被限定到塊材料，電弧也可能使靶材料的顆粒而不是原子剝落，由此產(chǎn)生污染顆粒。如果等離子體到達背襯板，其將被濺射。如果塊和背襯板是不同的材料，板濺射將引入材料污染。此外，板濺射將使得很難對更新的靶再次利用背襯板。
對于多塊的靶來說電弧是嚴重的問題，當(dāng)濺射電壓高時，電弧很可能發(fā)生。因此，在本領(lǐng)域中存在針對大面積襯底處理系統(tǒng)以低電壓濺射襯底的設(shè)備和方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例一般涉及材料的濺射。具體地，本發(fā)明涉及用在大面積襯底的物理氣相沉積中的濺射電壓以防止電弧。
在一個實施例中，一種以小于400伏的電壓在矩形襯底上濺射材料的設(shè)備包括濺射靶，其中，在將材料濺射在矩形襯底上的過程中，將所述靶偏壓在小于400伏的電壓處；圍繞所述濺射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述濺射靶之間的最短距離小于等離子體暗區(qū)厚度；和位于所述濺射靶的后部的磁控管，所述磁控管的邊緣不與所述接地屏蔽重疊。
在另一個實施例中，一種以小于400伏的電壓在矩形襯底上濺射材料的設(shè)備包括濺射靶，其中，在將材料濺射在矩形襯底上的過程中，將所述靶偏壓在小于400伏的電壓處；圍繞所述濺射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述濺射靶之間的最短距離小于等離子體暗區(qū)厚度；位于所述濺射靶的后部的磁控管，其中所述磁控管的邊緣不與所述接地屏蔽交迭；和布置在所述濺射靶和所述襯底之間的天線結(jié)構(gòu)，其中，在濺射過程中所述天線結(jié)構(gòu)接地。
在另一個實施例中，一種以小于400伏的電壓在矩形襯底上濺射材料的方法包括將所述矩形襯底放置在濺射室中；以第一電壓激發(fā)等離子體；并且以小于400伏的第二電壓在所述矩形襯底上濺射材料，其中所述濺射室具有濺射靶；圍繞所述濺射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述濺射靶之間的最短距離小于等離子體暗區(qū)厚度；位于所述濺射靶的后部的磁控管，其中所述磁控管的邊緣不與所述接地屏蔽交迭；和布置在所述濺射靶和所述襯底之間的天線結(jié)構(gòu)，其中，在濺射過程中所述天線結(jié)構(gòu)接地。


通過參照其中一些圖示在附圖中的實施例，可以得到對以上簡要描述的本發(fā)明進行的更具體的說明，從而能夠詳細理解上述特征的方式。但是，應(yīng)當(dāng)理解附圖僅圖示了本發(fā)明的典型實施例，因此不應(yīng)當(dāng)認為是對本發(fā)明范圍的限制，因為本發(fā)明可以采用其它等效的實施例。
圖1A是用于大面積襯底的等離子濺射反應(yīng)器的簡化剖視圖。
圖1B示出由17個靶塊形成的靶的俯視圖。
圖1C示出由6個靶塊形成的靶的俯視圖。
圖1D示出由3個靶塊形成的靶的俯視圖。
圖1E是圖1A的PVD室的室體、接地屏蔽、靶之間的接口的示意性細節(jié)。
圖2A是矩形化的螺旋磁控管的俯視圖。
圖2B是使磁控管可滑動地支撐在靶上的線形掃描機構(gòu)的正視圖。
圖2C示出濺射工藝流程。
圖3A(現(xiàn)有技術(shù))是用于晶片的傳統(tǒng)PVD室的剖視圖。
圖3B(現(xiàn)有技術(shù))是圖3A的傳統(tǒng)PVD室的濺射靶、磁控管和暗區(qū)屏蔽的頂視圖。
圖3C是圖1A的用于大面積襯底的PVD室的濺射靶、磁控管和屏蔽的頂視圖。
圖4是用于大面積襯底的PVD室的示意性剖視圖，其中示例性的電子靠近靶的中心和邊緣。
圖5A是示例性天線的頂視圖。
圖5B是用于大面積襯底的帶有天線結(jié)構(gòu)的PVD室的示意性剖視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例描述了用于大面積襯底系統(tǒng)的以低濺射電壓濺射靶的設(shè)備和方法。
圖1A描述了處理室100，其包括本發(fā)明的接地屏蔽組件111的一個實施例?？梢赃m于從本發(fā)明得益的處理室100的一個示例是PVD處理室，其可以從位于Santa Clara，California的AKT，Inc.，得到。
示例性的處理室100包括室體102和蓋組件106，它們界定了可抽空的加工空間160。室體102通常由焊接的不銹鋼板和整塊鋁制造。室體102通常包括側(cè)壁152和底部154。側(cè)壁152和/或底部154通常包含多個開口，這些開口包括進入端口156和抽吸端口(未示出)。諸如活門盤端口(未示出)之類的其它開口也可以可選地形成在室體102的側(cè)壁152和/或底部154中?？擅芊獾倪M入端口156為襯底112提供了進入處理室100的入口和離開處理室100的出口。抽吸端口連接至排放并控制加工空間160內(nèi)的壓力的抽吸系統(tǒng)(也未示出)。
襯底支撐104通常布置在室體102的底部154上，并在處理過程中將襯底112支撐在其上。襯底支撐104通常由鋁、不銹鋼、陶瓷或它們的組合制造。軸187延伸穿過室102的底部154并將襯底支撐104連接至升降機構(gòu)188。升降機構(gòu)188被構(gòu)造成在較低位置和較高位置之間移動襯底支撐104。在圖1A中襯底支撐104被描述位于中間位置。波紋管186通常布置在襯底支撐104和室底部154之間，并在它們之間提供柔性密封，由此保持室空間160的整體的真空。濺射氣體(典型是氬氣)以mTorr范圍的壓力供應(yīng)至真空室160中。
可選地，托架162和遮擋框架158可以布置在室體102內(nèi)。托架162例如可以結(jié)合到室體102的壁152。遮擋框架158一般被構(gòu)造成限制濺射材料至襯底112的通過遮擋框架158的中心暴露的部分的沉積。當(dāng)襯底支撐104移動到較高位置用于處理時，布置在襯底支撐104上的襯底112的外邊緣與遮擋框架158接合，并從托架162升起遮擋框架158。可替換地，也可以可選地使用具有其它構(gòu)造的遮擋框架。
襯底支撐104移動到較低位置中用于裝載和從襯底支撐104卸載襯底。在較低位置中，襯底支撐104位于屏蔽162和端口156之下。然后襯底112可以通過側(cè)壁152中的端口156從室100移除或放入室100中，同時清除遮擋框架158和屏蔽162。升降銷(未示出)可選地移動穿過襯底支撐104以使襯底112離開襯底支撐104，以通過布置在處理室100外部的諸如單片機械手(single blade robot)(未示出)之類的晶片傳輸機構(gòu)來輔助襯底112的放置或移除。
蓋組件106一般包括靶164和直接結(jié)合到靶164的接地屏蔽組件111。靶164提供了在PVD處理過程中沉積在襯底112上的材料。靶164可以結(jié)合到背襯板150，背襯板可以提供機械支撐和靶冷卻機構(gòu)。此背襯板150比通常用于晶片處理的背襯板更加復(fù)雜，因為對于非常大的面板尺寸，除了常用的冷卻槽之外還需要提供背側(cè)真空室，以最小化非常大的靶164上的差壓。靶可以由任何類型的濺射材料制成，例如鋁、銅、金、鎳、錫、鉬、鉻、鋅、鈀、不銹鋼、鈀合金、錫合金、鋁合金、銅合金和銦錫氧化物(ITO)。
靶一般包括外圍部分163和中間部分165。外圍部分163布置在室的壁152上。靶164的中間部分165可以在朝向襯底支撐104的方向上突出或延伸。可以理解，同樣也可以使用其它的靶構(gòu)造。靶材料還可以包括一起形成靶的相鄰塊(tile)或部分的材料。圖1B、1C和1D示出多個塊在靶上的三種示例性布置。圖1B具有17個塊，圖1C具有6個塊，而圖1D具有3個塊。靶164和襯底支撐104被電源184互相相對地偏壓。諸如氬之類的氣體從氣源182通過通常形成在處理室100的壁152中的一個或多個開口(未示出)供應(yīng)至處理空間160。等離子體由襯底112和靶164之間的氣體形成。等離子體中的離子被朝向靶164加速并引起材料被撞出靶164。被撞出的材料被朝向襯底112吸引，并在襯底112上沉積材料膜。
接地屏蔽組件111包括接地框架108和接地屏蔽110。接地屏蔽圍繞靶164的中間部分165以在處理空間160中界定處理區(qū)域，并通過接地框架108結(jié)合到靶164的外圍部分163。接地框架108將接地屏蔽110與靶164電絕緣，同時提供至室100的體102的接地路徑(通常通過側(cè)壁152)。
接地屏蔽110將等離子體抑制在由接地屏蔽110限定的區(qū)域中，以確保材料僅從靶164的中間部分165撞出。接地屏蔽110還可以幫助將被撞出的靶材料主要沉積在襯底112上。這使得靶材料的使用效率最大化，并保護室體102的其它區(qū)域免受來自被撞出的物質(zhì)或來自等離子體的沉積或侵襲，由此增長了室的壽命并減少了清潔或其它維護室所需的停時間和成本。從本發(fā)明的這個方面得出的另一個優(yōu)點是可以減少從室體102離開(例如由于沉積膜的剝落或等離子體對室體102的侵襲)并再次沉積在襯底112的表面上的粒子，由此提高了產(chǎn)品質(zhì)量和出產(chǎn)率。
圖1E描述接地屏蔽組件111的示例性接地框架108和示例性接地屏蔽110、靶164以及室體152之間的界面的示意性細節(jié)。接地框架108一般結(jié)合到靶164?？商鎿Q地，接地框架108可以結(jié)合到蓋組件106的背襯板(未示出)或其它部件，只要接地屏蔽110可以根據(jù)需要相對于靶164進行定位和調(diào)節(jié)。接地框架108一般將接地屏蔽110與靶164絕緣。在一個實施例中，接地框架108與靶164具有絕緣界面122。
接地框架108還提供從接地屏蔽110至室體102的導(dǎo)電路徑124。在一個實施例中，接地框架108具有至體102的側(cè)壁152的導(dǎo)電路徑124。導(dǎo)電路徑124可以包括結(jié)合在接地屏蔽110和體102之間的導(dǎo)電的電線、導(dǎo)線、帶等等?？商鎿Q地，接地框架108的下部可以由合適的導(dǎo)電材料組成，以提供接地屏蔽110和體102之間的導(dǎo)電路徑124。
接地屏蔽110以用于調(diào)節(jié)并保持靶164的中間部分165和接地屏蔽110之間的間隙120的合適方式結(jié)合到接地框架108。間隙120通常在深度上是均勻的，并且沿著其長度，也就是靶164和接地屏蔽110的形成間隙的相對面，是大致平行的。于是，接地屏蔽110的上邊緣一般形成為與靶164的中間部分165的突出邊緣的配合面平行。應(yīng)當(dāng)注意圖1A(豎直或90度)和圖1B(大約45度)中所描述的接地屏蔽110和靶164的各自的邊緣的角度僅為了說明的目的，也可以使用任何其它合適的角度。此外，接地屏蔽110還可以具有用于沿間隙120的長度調(diào)節(jié)間隙120的寬度的裝置。間隙120一般可以是足夠?qū)捯苑乐拱?64和接地屏蔽110之間產(chǎn)生電弧并且小于等離子體暗區(qū)厚度的任意寬度，以保持靶164和接地屏蔽110之間的等離子體的暗區(qū)，例如用于防止等離子體的輝光放電移動到間隙120中。接地屏蔽的細節(jié)描述在2005年5月16日提交的名為“GroundShield for a PVD Chamber”的共同轉(zhuǎn)讓的美國申請序號11/131,009中。
蓋組件106還包括磁控管138，其在處理過程中增加靶材料的消耗。磁控管138可以在兩個正交的方向上在矩形靶164上掃描，以增加濺射均勻性。在一個實施例中，磁控管包括內(nèi)部磁極和外部磁極，內(nèi)部磁極具有與平面垂直的第一磁極，內(nèi)部磁極沿著所述平面中的一個兩端路徑延伸并包括多個直的部分，其中至少一些直的部分沿著回旋圖案中的一個矩形坐標單獨延伸，而外部磁極具有與所述第一磁極相對的第二磁極，所述外部磁極圍繞所述內(nèi)部磁極并與其分開一段距離。
圖2A以俯視圖示出說明的示例性磁控管138。磁控管138是矩形化的螺旋磁控管，其包括形成在磁控管板106中的連續(xù)的槽102、104。未示出的極性相反的柱狀磁體分別填充兩個槽102、104。槽102完全包圍槽104。兩個槽102、104布置在磁跡間距Q上，并互相間隔大致恒定寬度的臺部108。在前述的內(nèi)容中，臺部108表示相對磁極之間的間隙。一個槽102表示外部磁極，而另一個槽104表示由外部磁極包圍的內(nèi)部磁極。與跑道型磁控管類似，無論是否交織，由槽104表示的一個磁極被由槽102表示的另一個磁極完全包圍，由此增強了磁場，并形成一個或多個等離子體環(huán)以防止末端損耗。槽102的最外部的寬度僅略微大于槽102的內(nèi)部寬度的一半，并大于槽104的所有部分的一半，因為最外部僅容納了一排磁體，而其它槽部以交錯布置的方式容納了兩排。
用于磁控管的其它回旋形狀也是可以的。例如，蛇形和螺旋磁控管可以以不同方式結(jié)合。螺旋磁控管可以結(jié)合到蛇形磁控管，兩者都形成單個等離子體環(huán)。兩個螺旋的磁控管例如可以以相反的扭曲結(jié)合在一起。兩個螺旋的磁控管可以支撐蛇形的磁控管。單個等離子體環(huán)仍然是所期望的。但是，多個回旋的等離子體環(huán)也可以得到本發(fā)明的一些優(yōu)點。
如前所述，通過在兩個正交方向上在矩形靶上掃描回旋的磁控管可以增加濺射均勻性。掃描機構(gòu)可以采用不同的形式。在圖2B所示的掃描機構(gòu)140中，磁控管板138放置在附裝到靶164的背襯板150上，其中磁控管板138包括穿過保持在磁控管板138的底部處的孔中的多個絕緣墊114或支撐物的磁體。墊114可以由Teflon組成，并具有5cm的直徑，并從磁控管板138突出2mm。由外部驅(qū)動源118驅(qū)動的相對的推桿116穿過真空密封的襯壁122以在相反方向上推動磁控管板138。動力源118通常是雙向旋轉(zhuǎn)電機，用來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)密封到襯壁122的驅(qū)動軸。襯壁122內(nèi)部的絲杠機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動。兩對垂直布置的推桿116和動力源118提供了獨立的二維掃描。沿靶對角線對準的一對推桿116和動力源相對于靶的側(cè)面提供了結(jié)合的二維掃描。磁控管和磁控管的掃描的細節(jié)描述在2004年6月7日提交的名為“Two Dimensional Magnetron Scanning forFlat Panel Sputtering”的美國申請序號10/863,152中。
圖2C示出在襯底上濺射材料的工藝流程。在步驟201處，濺射工藝200通過將襯底放在濺射室中開始。之后，在步驟202處以激發(fā)電壓激發(fā)等離子體。一旦激發(fā)了等離子體，在步驟203處以濺射電壓濺射材料。激發(fā)電壓高于濺射電壓。
如前所述，傳統(tǒng)的濺射過程使用超過1000伏的電壓來激發(fā)等離子體并在沉積過程中使用400-600伏的電壓。對于多塊靶濺射來說，400-600伏的濺射電壓過高，因為其可能導(dǎo)致電弧。用多塊靶進行的試驗示出在400伏的等離子體電壓附近產(chǎn)生電弧。因此，有必要將濺射電壓保持在400伏以下，優(yōu)選地在375伏以下，并且最優(yōu)選的是等于或低于350伏。
圖3A(現(xiàn)有技術(shù))示出用于晶片的示例性傳統(tǒng)濺射系統(tǒng)。在該室中，小的內(nèi)裝的磁控管36支撐在靶16后面的未示出背襯板上。室12和靶16通常繞中心軸38圓周對稱。磁控管36包括第一豎直磁極的內(nèi)部磁極40和相對的第二豎直磁極的周圍外部磁極42。兩個極都由磁軛44支撐并通過磁軛44磁耦合。軛44固定到支撐在沿中心軸38延伸的轉(zhuǎn)軸48上的轉(zhuǎn)臂46。連接至軸48的馬達50使磁控管36繞中心軸38旋轉(zhuǎn)。圍繞著靶16中部布置有暗區(qū)屏蔽80，其中暗區(qū)屏蔽80至靶16的最短距離小于等離子體暗區(qū)以防止在靶和屏蔽之間產(chǎn)生等離子體。對于用于晶片的傳統(tǒng)PVD系統(tǒng)，靶16的發(fā)生濺射的中部17覆蓋襯底24，并且該部分17的邊緣延伸超過(也稱為突出)襯底24的邊緣大約40-50mm。為了確保在襯底24的邊緣處的沉積均勻性，磁控管36的磁體42在暗區(qū)屏蔽80之上。如圖3A所示，磁體42在暗區(qū)屏蔽80之上。因為磁控管36的諸如磁體42和40之類的磁體將大部分電子限定在它們之下的室中，所以磁體42之下的大量電子在濺射過程中逸入暗區(qū)屏蔽80。圖3B(現(xiàn)有技術(shù))示出靶16、磁控管36、暗區(qū)屏蔽80和區(qū)域“M”的頂視圖，在區(qū)域“M”中大量電子逸入屏蔽80。由于電子在“M”區(qū)域中的逸入，用于傳統(tǒng)的晶片濺射系統(tǒng)的濺射電壓升高至400-600伏之間，以在處理室中保持足夠的電子用于實現(xiàn)需要的濺射速率。
在用于大面積襯底濺射系統(tǒng)的本發(fā)明中，靶164的中部165覆蓋襯底12，并且中部165的邊緣可以延伸超過襯底12的邊緣200mm或更多(或200mm或更加突出)。由于用于大面積襯底濺射系統(tǒng)的較大突出，所以磁控管138不必超過屏蔽110(也作為暗區(qū)屏蔽)的邊緣線110E(虛線)，以根據(jù)用于晶片的PVD系統(tǒng)的磁控管的需要來確?？拷竺娣e襯底邊緣的沉積均勻性。因此，少量或沒有電子逸入屏蔽110。圖3C示出磁控管138、靶、屏蔽110和屏蔽邊緣線110E的頂視圖。為了確保少量或沒有電子逸入屏蔽110，磁控管138的邊緣不應(yīng)當(dāng)與屏蔽110的邊緣線110E交叉，并應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地保持離邊緣線110E大于50mm的距離“D”，并且最優(yōu)選的是保持離邊緣線110E大于100mm的距離“D”。因為磁控管保持為離屏蔽110“安全”距離，所以濺射電壓可以降低至小于400伏，例如350伏或更小，但是在沉積區(qū)域中仍然具有足夠的電子以實現(xiàn)與用于晶片的傳統(tǒng)PVD系統(tǒng)相等的沉積速率。用于加工大面積襯底的系統(tǒng)的濺射電壓應(yīng)當(dāng)保持為等于或低于大約375伏，優(yōu)選的是等于或低于大約350伏，并且最優(yōu)選的是等于或低于330V，以防止電弧。除了降低濺射電壓，由于磁控管138被保持在離屏蔽110“安全”距離處，所以還可以將等離子體激發(fā)電壓從大約1800伏(對于用于晶片的傳統(tǒng)PVD系統(tǒng)而言)降低至低于1000伏(例如800伏或更低)。用于加工大面積襯底的系統(tǒng)的激發(fā)電壓應(yīng)當(dāng)被保持為等于或低于大約1000伏，優(yōu)選的是等于或低于大約800伏，并且最優(yōu)選的是等于或低于600伏，以減少顆粒產(chǎn)生。在較高電壓處進行等離子體激發(fā)將比在較低電壓處進行等離子體激發(fā)產(chǎn)生更多的顆粒。
對于大面積襯底系統(tǒng)來說，靠近襯底中心的電子“C”需要運動長的距離“L”以到達接地屏蔽110或接地的室壁152，如圖4所示。相反，靠近襯底邊緣的電子“E”僅需要運動短的距離“S”以到達接地屏蔽110或室壁152。如果天線布置在靶和襯底之間以提供用于靠近襯底中心的電子的接地路徑，則可以進一步降低濺射電壓，因為阻抗降低了。圖5A示出示例性天線結(jié)構(gòu)125的頂視圖，天線結(jié)構(gòu)125可以放置在遮擋框架(接地的)上，可以附裝到屏蔽110(接地的)，或者可以附裝到靶和襯底之間的室壁152(接地的)。圖5B示出放置在處理室中的遮擋框架上的天線結(jié)構(gòu)125的側(cè)視圖。因為靠近襯底中心的電子可以通過運動較短的距離“Ds”穿過接地路徑而逃離，所以濺射電壓可以降低大約10-30伏。圖5A中天線線路125A、125B的寬度“w”在5mm至大約30mm的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在大約10mm至大約20mm的范圍內(nèi)。天線線路125A、125B的厚度在大約1mm至大約10mm的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在大約3mm至大約7mm的范圍內(nèi)。圖5A的中示例性天線結(jié)構(gòu)125在中心天線125B中具有開口“O”。一般來說，濺射沉積在襯底中心較薄。通過在靠近襯底中心處留下開口“O”(少量電子靠近開口“O”逃離)，中心的襯底厚度可以接近襯底的其它部分。天線結(jié)構(gòu)125不僅能降低濺射電壓，而且能夠提高沉積均勻性。圖5B中的天線結(jié)構(gòu)125僅是示例。還存在能夠?qū)崿F(xiàn)類似目的的其它天線設(shè)計。例如，可以存在多于兩個的125A線路，例如4個、6個或更多，以及多于兩個的125B線路，例如4個、6個或更多。
在沒有天線結(jié)構(gòu)125的情況下在800伏處激發(fā)并在350伏處濺射的3000鉬的沉積非均勻性是70％，而在具有圖5A所示天線結(jié)構(gòu)125的情況下在相同條件下沉積的3000鉬的非均勻性是38％。結(jié)果顯示天線結(jié)構(gòu)125提高了沉積均勻性。非均勻性是通過從最大厚度(Tmax)減去最小厚度(Tmin)并將減的結(jié)果除以最大厚度與最小厚度的和計算的，或者說就是(Tmax-Tmin)/(Tmax+Tmin)。
本發(fā)明的概念可以應(yīng)用到大于2000cm2的靶，優(yōu)選地可以應(yīng)用到大于15000cm2的靶，并且最優(yōu)選的是應(yīng)用到大于40000cm2的靶。本發(fā)明的概念可以應(yīng)用到單件的靶或多塊的靶。
盡管前述內(nèi)容說的是本發(fā)明的實施例，但是在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下可以設(shè)計出本發(fā)明的其它和進一步的實施例，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求來確定。
權(quán)利要求
1.一種濺射設(shè)備，能夠以小于400伏的電壓在矩形襯底上濺射材料，包括濺射靶，其中，在將材料濺射在所述矩形襯底上的過程中，能夠以小于400伏的電壓對所述靶施加偏壓；圍繞所述濺射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述濺射靶之間的最短距離小于等離子體暗區(qū)厚度；和位于所述濺射靶后部的磁控管，其中，所述磁控管的邊緣不與所述接地屏蔽重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，在濺射過程中以等于或小于375伏的電壓對所述靶施加偏壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，在濺射過程中以等于或小于350伏的電壓對所述靶施加偏壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，等離子體激發(fā)電壓等于或小于1000伏。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述等離子激發(fā)電壓等于或小于800伏。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述濺射靶由多個塊形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述矩形襯底的表面積大于15000cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述磁控管包括內(nèi)部磁極，具有垂直于一個平面的第一磁極，所述內(nèi)部磁極沿著所述平面中的一個兩端路徑延伸，并包含多個直的部分，其中至少一些直的部分沿著回旋圖案中的一個矩形坐標單獨延伸；和外部磁極，具有與所述第一磁極相反的第二磁極，圍繞所述內(nèi)部磁極，并與所述第一磁極分離一定間隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述磁控管在所述濺射靶上在兩個正交方向上掃描。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述磁控管的所述邊緣和所述接地屏蔽的所述邊緣之間的距離大于50mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述磁控管的所述邊緣和所述接地屏蔽的所述邊緣之間的距離大于100mm。
12.一種濺射設(shè)備，能夠以小于400伏的電壓在矩形襯底上濺射材料，包括濺射靶，其中，在將材料濺射在所述矩形襯底上的過程中，能夠以小于400伏的電壓對所述靶施加偏壓；圍繞所述濺射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述濺射靶之間的最短距離小于等離子體暗區(qū)厚度；位于所述濺射靶后部的磁控管，其中，所述磁控管的邊緣不與所述接地屏蔽重疊；和天線結(jié)構(gòu)，位于所述濺射靶和所述襯底之間，其中，在濺射過程中所述天線結(jié)構(gòu)接地。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，在濺射過程中以小于等于350伏的電壓對所述靶施加偏壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，等離子激發(fā)電壓等于或小于800伏。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述濺射靶由多個塊形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述矩形襯底的表面積大于15000cm2。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述磁控管包括內(nèi)部磁極，具有垂直于一個平面的第一磁極，所述內(nèi)部磁極沿著所述平面中的一個兩端路徑延伸，并包含多個直的部分，其中至少一些直的部分沿著回旋圖案中的一個矩形坐標單獨延伸；和外部磁極，具有與所述第一磁極相反的第二磁極，圍繞所述內(nèi)部磁極，并與所述第一磁極分離一定間隔。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述磁控管在所述濺射靶上在兩個正交方向上掃描。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述磁控管的所述邊緣和所述接地屏蔽的所述邊緣之間的距離大于50mm。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述天線結(jié)構(gòu)的天線具有大約5mm至大約30mm范圍內(nèi)的寬度和大約1mm至大約10mm范圍內(nèi)的厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述天線結(jié)構(gòu)的天線具有大約10mm至大約20mm范圍內(nèi)的寬度和大約3mm至大約7mm范圍內(nèi)的厚度。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述天線結(jié)構(gòu)在所述結(jié)構(gòu)的中心具有開口。
23.一種濺射方法，能夠以小于400伏的電壓在矩形襯底上濺射材料，包括將所述矩形襯底放置在濺射室中，所述濺射室具有濺射靶；圍繞所述濺射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述濺射靶之間的最短距離小于等離子體暗區(qū)厚度；位于所述濺射靶的后部的磁控管，所述磁控管的邊緣不與所述接地屏蔽重疊；和布置在所述濺射靶和所述襯底之間的天線結(jié)構(gòu)，其中，在濺射過程中所述天線結(jié)構(gòu)接地；以第一電壓激發(fā)等離子體；并且以小于400伏的第二電壓在所述矩形襯底上濺射材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，在濺射過程中所述第二電壓等于或小于350伏。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述第一電壓等于或小于800伏。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所屬濺射靶由多個塊形成。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述矩形襯底的表面積大于15000cm2。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述磁控管包括內(nèi)部磁極，具有垂直于一個平面的第一磁極，所述內(nèi)部磁極沿著所述平面中的一個兩端路徑延伸，并包含多個直的部分，其中至少一些直的部分沿著回旋圖案中的一個矩形坐標單獨延伸；和外部磁極，具有與所述第一磁極相反的第二磁極，圍繞所述內(nèi)部磁極，并與所述第一磁極分離一定間隔。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述磁控管在所述濺射靶上在兩個正交方向上掃描。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述磁控管的所述邊緣和所述接地屏蔽的所述邊緣之間的距離大于50mm。
31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述天線結(jié)構(gòu)的天線具有大約5mm至大約30mm范圍內(nèi)的寬度和大約1mm至大約10mm范圍內(nèi)的厚度。
32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述天線結(jié)構(gòu)在所述結(jié)構(gòu)的中心具有開口。
全文摘要
本發(fā)明的實施例一般來說涉及材料的濺射。具體地，本發(fā)明涉及用在大面積襯底的物理氣相沉積中的濺射電壓，以防止電弧。本發(fā)明的一個實施例描述了一種以小于400伏的電壓在矩形襯底上濺射材料的設(shè)備，其包括濺射靶，其中，在將材料濺射在所述矩形襯底上的過程中，用小于400伏的電壓對所述靶施加偏壓；圍繞所述濺射靶的接地屏蔽，其中，所述接地屏蔽和所述濺射靶之間的最短距離小于等離子體暗區(qū)厚度；位于所述濺射靶的后部的磁控管，其中所述磁控管的邊緣不與所述接地屏蔽重疊；和布置在所述濺射靶和所述襯底之間的天線結(jié)構(gòu)，其中，在濺射過程中所述天線結(jié)構(gòu)接地。
文檔編號C23C14/54GK1896300SQ20061009028
公開日2007年1月17日 申請日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者細川明廣, 海民和·H·勒 申請人:應(yīng)用材料公司