磁控溅射设备中铜靶刻蚀形貌的仿真计算研究-论文.pdf

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1、第32卷第10期真空科学与技术学报2012年10月CHINESEJ0URNALOFVACUUMSCIENCEANDTECHNOLOGY磁控溅射设备中铜靶刻蚀形貌的仿真计算研究胡伟王人成(清华大学精仪系北京1(}0084)SimulationofSurfaceMorphologyEvolutionofSputteredCopperTargetHuWei，WangRencheng(DepartmentofPrecis~nInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，

2、Being100084，Ch／na)AbstractThesputteretchingofthecoppertarget，exemplifiedwiththeasteroidsphysicalvapordepositionmag-netronsputteringsetupmadeinUSA，wasapproximated，modeled，andsimulatedwiththesoftwarepackageANSYS．Theinfluencingfactors，suchasthecomplicatedmag

3、neticfielddistributionsandtheiontrajectory，wereevaluatedwithappm-pilateapproximations．AnovelsimulationmethodWasdevelopedtoevaluatetheevolutionofthesurfacemorphologyinthesputtering，basedontheassumptionthatthesputteringrateisproportionaltothehorizontalcompo

4、nentofthemagneticfieldonthetargetsurface．Thesimulatedresultswerefoundtobeingoodagreement山thoseoftheexperimentalmea—surement．KeywordsMagnetronsputtering，Etchingcoppertarget，Simulation摘要提出了一种铜靶刻蚀形貌模拟方法，基于靶材溅射率与靶材表面磁场水平分量成正比的假设，以美国应用材料公司的小行星PVD磁控溅射装置为算例，实现了复

5、杂运动轨迹铜靶刻蚀形貌的模拟，仿真计算结果与实际设备中铜靶刻蚀形貌有较好的一致性，为通过磁场分布研究靶材刻蚀形貌提供了一种理论方法。关键词磁控溅射铜靶刻蚀仿真计算中图分类号：TP391．9文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1672—7126．20l2．10．10在芯片加工的物理气相淀积工艺中，磁控溅射不同途径对靶材的刻蚀进行模拟研究：其一采用技术因溅射率高、能溅射绝缘靶材等优点得到广泛MonteCarlo方法研究腔室中粒子的运动及分布状应用_lJ，但靶材利用率低是个显著缺点，一般只有况，

6、从而模拟出靶材的刻蚀形貌。logan胡作启等建20％一30％L2J。随着线宽变小，铜互连取代了铝互立了单粒子模型，结合靶材表面磁场的分布，采用连J，溅射铜靶的化学纯度必须在99．999％甚至MonteCarlo方法研究了溅射气体粒子的运动规律，99．9999％以上L4J，因此溅射靶材的价格非常昂贵。得到靶材表面溅射产额的图形[引。刘珍[]指出了这较低的靶材利用率造成了大量的材料浪费，如何设种方法的不足之处，因为模拟粒子数目通常比实际计出具有较高靶材利用率的磁控结构是业内关注的数目要小的多，所以模拟的结果与

7、实际情况还有一一个焦点。定的误差，增加模拟粒子的数目会带来非常大的计在磁控结构设计过程中，对靶材刻蚀形貌进行算量。s．L7J开发了一套采用MonteCarlo方法仿真计算是关键，有很多工程技术人员进行了相关模拟平面磁控溅射的三维软件，他用这套软件模拟研究。从工作原理可知，腔室中受磁场约束的等离薄膜淀积均匀性及靶材刻蚀情况。其二通过分析靶子体产生高能粒子轰击靶材，刻蚀出的靶材粒子在材表面磁场分布情况，由磁场分布与溅射率的对应硅片表面溅镀出导电薄膜。基于此人们主要从两个关系，模拟出靶材的刻蚀形貌。比如于贺等[

8、8]通过收稿日期：201110-25*联系人：Tel：0lO一62786853，E—mali：huweiqcsj@163．c0lII908真空科学与技术学报第32卷靶材表面磁场分布与刻蚀的对应关系，逐点计算后得出靶面的刻蚀形貌。陈明_9]采用了同样的方法去一／模拟Gencoa公司的一款靶材刻蚀形貌，对磁力线的／疏密程度与溅射坑的深度之间的映射关系做了改f瓤进，改进后的计算结果与Gencoa公司的结果较为接’lxt夕近。胡作启等