提高靶材利用率的磁控溅射靶及控制方法、磁控溅射设备与流程

本申请属于半导体，具体涉及一种提高靶材利用率的磁控溅射靶及控制方法、磁控溅射设备。

背景技术：

1、在半导体工艺中，pvd(physical vapor deposition，物理气相沉积)技术被广泛应用于沉积各种材料，包括金属(如al、cu)、金属合金以及一些特定的化合物材料(如包含ta、ni、cr、ti、ca等材料的化合物)。pvd沉积过程涉及三个基本步骤：蒸发、输运和沉积。首先，通过电子束、热蒸发或其他方式加热靶材，使其原子或分子蒸发成蒸汽态；然后，这些蒸汽态物质在真空环境中输运到基板表面；最后，当蒸汽态物质接触到基板表面时，凝结形成薄膜。

2、在pvd沉积过程中，特定区域的溅射可以通过磁场的调整来实现，这种技术称为磁控溅射(magnetron sputtering)，它利用磁场来控制离子轰击固体靶材，产生高能离子并将其释放到目标表面上。磁控溅射具有较高的沉积速率和更均匀的薄膜厚度分布，广泛应用于制备半导体器件、光学薄膜等工艺中。

3、但是，根据磁控溅射的特性，往往只有靶材的特定区域发生溅射过程，如此，便出现了靶材特定区域发生侵蚀的现象，未被侵蚀的部分往往不再进行利用，会被丢弃，所以靶材侵蚀的多少决定了靶材的使用率和使用寿命。现有技术中靶材的侵蚀量，即使用量，往往仅占总使用量的10％-40％，使得靶材的使用率较低，寿命较短。

4、需要说明的是，上述的陈述仅用于提供与本申请有关的背景技术信息，而不必然的构成现有技术。

技术实现思路

1、本申请提出一种提高靶材利用率的磁控溅射靶及其控制方法、磁控溅射设备，该提高靶材利用率的磁控溅射靶可以有效提高靶材的使用率和使用周期。

2、本申请第一方面实施例提出了一种提高靶材利用率的磁控溅射靶，包括：靶座、磁铁组件及多个检测传感器；

3、所述靶座设有固定靶材的固定装置；所述磁铁组件设置于所述靶座内部，且与直流电源连接，所述直流电源用于控制所述磁铁组件产生的磁场强度和磁场作用区域；

4、所述多个检测传感器分散设置于所述靶座远离靶材一侧的同一平面上，用于检测所述靶材各个部位的磁场强度。

5、在本申请一些可选的实施例中，所述多个检测传感器沿所述靶材的长度方向排列，各所述检测传感器检测所述靶材一个区域的磁场强度。

6、在本申请一些可选的实施例中，所述多个检测传感器中位于边缘的所述检测传感器，在所述靶材上的正投影与所述靶材的边缘重合。

7、在本申请一些可选的实施例中，所述检测传感器均为非接触式传感器。

8、在本申请一些可选的实施例中，所述多个检测传感器均匀设置于所述靶座远离靶材的表面上。

9、在本申请一些可选的实施例中，所述检测传感器距离所述靶材的距离为0.01mm-900mm。

10、本申请第二方面的实施例提供了一种磁控溅射设备，包括第一方面所述的提高靶材利用率的磁控溅射靶。

11、在本申请一些可选的实施例中，该磁控溅射设备还包括晶圆加热系统

12、本申请第三方面的实施例提供了一种磁控溅射靶的控制方法，应用于第一方面所述的磁控溅射靶，或者第二方面所述的磁控溅射设备，所述方法包括：

13、基于所述多个检测传感器的检测值，确定靶材的目标区域，所述靶材在所述目标区域的磁场最弱；

14、控制直流电源输入磁铁组件的电压值，使所述磁铁组件产生的磁场作用于所述目标区域。

15、在本申请一些可选的实施例中，所述基于所述多个检测传感器的检测值，确定靶材的目标区域，所述靶材在所述目标区域的磁场最弱，包括：

16、基于所述多个检测传感器的检测值，以及所述检测传感器距离所述靶材顶面的距离，确定所述靶材各区域的磁场强度；

17、基于所述靶材各区域的磁场强度，确定所述靶材的目标区域。

18、本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

19、本申请实施例提供的提高靶材利用率的磁控溅射靶，包括靶座、磁铁组件及多个检测传感器，所述靶座设有固定靶材的固定装置；所述磁铁组件设置于所述靶座内部，且与直流电源连接，所述直流电源用于控制所述磁铁组件产生的磁场强度和磁场作用区域；所述多个检测传感器分散设置于所述靶座远离靶材一侧的同一平面上，用于检测所述靶材各个部位的磁场强度。基于该磁控溅射靶，通过直流电源可以调节和控制磁铁组件产生的磁场大小以及作用范围，还可以通过检测传感器来检测靶材各区域的磁场强度。然后可以在磁控溅射过程中，通过获取检测传感器的检测值来确定磁场较弱的靶材区域，即需要被等离子体轰击的目标区域，然后可通过改变直流电源介入磁铁组件的电压值，来调节磁铁组件产生的磁场大小和作用范围，使磁铁组件产生的磁场可以作用于目标区域，继而可以使靶材的目标区域被侵蚀，从而实现靶材的均匀使用，继而提高靶材的使用率和使用周期。

技术特征：

1.一种提高靶材利用率的磁控溅射靶，其特征在于，包括：靶座、磁铁组件及多个检测传感器；

2.如权利要求1所述的磁控溅射靶，其特征在于，所述多个检测传感器沿所述靶材的长度方向排列，各所述检测传感器检测所述靶材一个区域的磁场强度。

3.如权利要求2所述的磁控溅射靶，其特征在于，所述多个检测传感器中位于边缘的所述检测传感器，在所述靶材上的正投影与所述靶材的边缘重合。

4.如权利要求1-3任一项所述的磁控溅射靶，其特征在于，所述检测传感器均为非接触式传感器。

5.如权利要求1-3任一项所述的磁控溅射靶，其特征在于，所述多个检测传感器均匀设置于所述靶座远离靶材的表面上。

6.如权利要求1-3任一项所述的磁控溅射靶，其特征在于，所述检测传感器距离所述靶材的距离为0.01mm-900mm。

7.一种磁控溅射设备，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的提高靶材利用率的磁控溅射靶。

8.如权利要求7所述的磁控溅射设备，其特征在于，还包括晶圆加热系统。

9.一种磁控溅射靶的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一项所述的磁控溅射靶，或者所述权利要求7或8所述的磁控溅射设备，所述方法包括：

10.如权利要求9所述的磁控溅射靶的控制方法，其特征在于，所述基于所述多个检测传感器的检测值，确定靶材的目标区域，所述靶材在所述目标区域的磁场最弱，包括：

技术总结
本申请提出一种提高靶材利用率的磁控溅射靶及控制方法、磁控溅射设备，该提高靶材利用率的磁控溅射靶包括靶座、磁铁组件及多个检测传感器；所述靶座设有固定靶材的固定装置；所述磁铁组件设置于所述靶座内部，且与直流电源连接，所述直流电源用于控制所述磁铁组件产生的磁场强度和磁场作用区域；所述多个检测传感器分散设置于所述靶座远离靶材一侧的同一平面上，用于检测所述靶材各个部位的磁场强度。该提高靶材利用率的磁控溅射靶可以有效提高靶材的使用率和使用周期。

技术研发人员：郭挑远
受保护的技术使用者：成都高真科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30