专利名称：靶材及其形成方法
技术领域：
本发明涉及金属溅射领域，尤其涉及一种靶材及其形成方法。
背景技术：
在半导体器件制造的过程中，溅射是非常重要的ー项薄膜形成エ艺。其基本机理是在溅射反应器中，以一定能量的粒子(电子、离子、中性粒子)轰击固体表面，其表面的原子通过与高能粒子的碰撞有可能获得足够的能量从表面逃逸，然后在电场カ或者磁力的作用下往硅片上迁移。上述过程中，被轰击的固体材料称为靶材，靶材由靶材坯料(Target Blank)和支撑靶材坯料的背板(Backing Plate)組成。众所周知，靶材坯料的表面包括靶材坯料的上、 下表面和靶材坯料的侧面，靶材坯料的下表面与上述背板连接，靶材坯料的上表面为靶材的溅射面。将靶材安装在溅射反应器中，如图1所示，溅射反应器的高真空腔室是由真空罩 104罩在靶材背板101上的密封槽103处而形成，所述密封槽设置于背板101上的靶材坯料 102的外侧而且围绕靶材坯料102，将靶材密封槽103以内(即真空腔室内靶材100表面) 除溅射面105的表面称为非溅射面106，所述非溅射面106包括靶材坯料102侧面1061及与靶材坯料102外侧至密封槽103处的背板表面1062。靶材坯料可以分为单质靶材坯料、合金靶材坯料，或者化合物靶材坯料。单质靶材坯料一般为高纯度的Al、Ta、Ti、Cu等金属。合金靶材坯料为钛铝、镍铜、钛铬等。化合物靶材坯料为氧化硅、氧化铝。支撑坯料的背板通常采用铜、铝材料組成。溅射制备薄膜的物理过程包括以下六个基本步骤1.在溅射反应器的高真空腔的等离子体中产生正氩离子，井向具有负电势的靶材加速；2.在加速过程中离子获得动量，并轰击靶材溅射面；3.离子通过物理过程从靶材溅射面上撞击出(溅射)原子；4.被撞击出(溅射)的原子迁移到硅片表面；5.被溅射的原子在硅片表面凝聚并形成薄膜，与靶材坯料的材料比较，薄膜具有与它基本相同的材料组分；6.额外材料由真空泵抽走。在这个过程中，轰击靶材溅射面的离子动量是被电场或者磁场加速产生的。例如，公开号为 CN1763M1A的中国专利公开了ー种溅射靶材用背板，将靶材坯料与该背板焊接在一起，共同組成了溅射用的靶材。但是，溅射过程中，靶材溅射面中溅射出的原子除了会沉积在硅片表面，也会沉积在真空腔室内的其他表面上，包括上述非溅射面，即，靶材坯料侧面及与靶材坯料外侧至密封槽的背板表面。溅射一段时间后，靶材的上述非溅射面会出现ー些和靶材成分相同的堆积物(反溅射物质)，这些堆积物与靶材的附着力不是很大，堆积到一定程度后由于重力和腔室内电场力、磁场カ的影响，会剥落下来，形成异常放电，影响溅射环境。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种靶材及其形成方法，防止反溅射物质剥落。其包括
背板；靶材坯料，位于背板上；密封槽，位于背板上，所述密封槽围绕所述靶材坯料；非溅射区，位于靶材坯料侧面及从靶材坯料外侧至密封槽的背板表面；所述非溅射区具有花纹图案。可选的，所述花纹图案的大小为大于60TPI，且小于20TPI。可选的，所述花纹图案的深度为大于0. 4mm，且小于0. 6mm。可选的，所述花纹图案由多个结构重复排列而成，所述结构为菱形、圆形、矩形、正方形、多边形或其他不规则形状。本发明还提供一种靶材的形成方法，提供靶材，包括背板和位于背板上的靶材坯料，位于背板上的密封槽，所述密封槽围绕所述靶材坯料，位于靶材坯料侧面及从靶材坯料外侧至密封槽背板表面的非溅射区；对所述非溅射区进行喷丸处理；对喷丸处理后的所述非溅射区进行花纹图案处理。可选的，所述花纹图案处理为滚花、轧制和拉丝处理。可选的，所述花纹图案的大小为大于60TPI，且小于20TPI。可选的，所述花纹图案的深度为大于0. 4mm，且小于0. 6mm。可选的，所述花纹图案由多个结构重复排列而成，所述结构为菱形、圆形、矩形、正方形、多边形或其他不规则形状。可选的，所述喷丸处理采用的砂粒型号为46号白刚玉。可选的，所述喷丸处理中的空气压カ为0. 5Mpa 0. 6Mpa。可选的，所述喷丸处理中的喷嘴到所述非溅射面的距离为80mm 100mm。可选的，所述喷丸处理时间为8min lOmin。与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点(1)通过对靶材的上述非溅射面进行喷丸和花纹图案处理，増加其粗糙度，从而增加了反溅射物质在靶材上的粘附カ，大大的减少了反溅射物质剥落的情況，进而减小高真空腔室内异常放电的情況，在硅片上形成均勻性好的膜层，提高半导体器件的性能。(2)喷丸处理后的非溅射面的粗糙度Ra为5. 08 μ m 7. 62 μ m, 一方面可以提高反溅射物质对靶材的吸附能力，另ー方面，靶材的上述非溅射面的机械性能、抗疲劳性获得提高，使后续的花纹图案更容易形成。
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图1是现有技术中的高真空腔室中的靶材的非溅射面堆积反溅射物质的靶材沿轴线方向的剖面示意图。图2是图1所示的反溅射物质堆积情况的细节放大示意图。图3是本发明中的靶材的非溅射面形成花纹图案的靶材的平面示意图。图4是图3中的靶材沿BB’方向的剖面示意图。
图5为本发明中的花纹图案的平面放大示意图。图6为本发明中的花纹图案的剖面放大示意图。图7为本发明中的靶材在溅射反应器中的示意图。图8为图7中的靶材的非溅射面上反溅射物质堆积的放大示意图。图9是本发明另ー个实施例提供的一种靶材的形成方法的流程图。
具体实施例方式在实际生产过程中，常常会由于远离靶材溅射面中心的电场或者磁场较弱，而使得轰击靶材溅射面的边缘处的离子的动量不够大，所以从靶材溅射面上撞击出的(溅射) 原子的动量也不大，不够这些原子迁移到硅片形成薄膜，就会沉积在真空腔室内的其他表面上，包括靶材的非溅射面，即靶材坯料侧面及与靶材坯料外侧至密封槽的背板表面，溅射一段时间后，渐渐堆积起来，形成堆积物。这些堆积物只是附着在靶材的上述非溅射面上， 与靶材之间的附着力不够，堆积到一定程度，会剥落下来，在溅射的反应腔中形成异常放电，影响溅射的形成的膜层的均勻性，情况严重时，甚至会在硅片的边缘形成溅射材料的凸起状的堆积，严重影响所制作的半导体器件的性能。本发明对靶材的上述非溅射面进行喷丸和花纹图案处理来増加反溅到靶材的上述非溅射面上的物质与靶材的粘附力，防止这些物质掉下来影响溅射。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。以8寸(直径R约300mm)的钛靶材坯料和背板焊接的圆形靶材进行磁控溅射为例，说明本发明的技术细节和效果如下。在现有技术中，如图1所示，上述钛靶材100包括背板101和位于背板上的靶材坯料102，所述靶材坯料102面积小于所述背板101面积，位于所述靶材坯料102与靶材100外侧之间的背板上的密封槽103，所述密封槽103围绕所述靶材坯料102，非溅射面106，即，位于靶材坯料102侧面1061及与靶材坯料102外侧至密封槽的背板表面1062。溅射进行一段时间后，靶材100 (钛靶材)的上述非溅射面106堆积了 一些反溅射物质5。在钛靶材上，反溅射物质堆积情况的细节放大图如图2示意，反溅射物质5 —层ー 层的附着在靶材100的上述非溅射面。按照这样的方式堆积多了，在溅射的时候，这些反溅射物质5容易成块或者成坨的剥落下来，在腔室引起异常放电，影响溅射环境。在其他实施例中别的材质的靶材坯料形成的靶材，如钽靶材，或者铜靶材等大部分靶材(硬度需满足大于等于50HV条件的金属靶材)都会有类似的反溅射物质堆积的情况，而且在其他实施例中，根据应用环境、溅射设备的实际要求，靶材可以为正方形、矩形、 三角形、环形、圆锥形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任ー种。如图3所示，靶材300的上述非溅射面进行了喷丸和花纹图案处理后，靶材坯料侧面3061 (图未示)及靶材坯料302外侧至密封槽的背板表面3062形成花纹图案。所述靶材坯料302外侧至密封槽的背板表面3062的宽度为a。上述密封槽303里面放置密封圈
5(图未示)，密封槽303和密封圈对上述靶材300与溅射反应器的真空罩(图未示)之间的连接起密封作用，如果对密封槽303表面及密封槽303以外的靶材300的表面进行喷丸并进行花纹图案化处理，会影响靶材300与真空罩之间的密封效果及真空罩内的真空度。图4是图3中的靶材沿BB’方向的剖面图。靶材的所述非溅射面306为靶材坯料 302的侧面3061和靶材坯料302外侧至密封槽的背板表面3062。所述靶材坯料外侧至密封槽的背板表面3062的宽度a是根据实际生产中反溅射物质堆积的情况来确定的，当靶材坯料304的直径有变化吋，所述宽度a也会变化，对防止反溅射物质的脱落有较理想的效果。 其中靶材的尺寸还可以为现在通用规格的6寸、10寸、12寸中任ー种。上述花纹图案需要满足一定的粗糙度和深度才能满足靶材防止反溅射物质剥落的要求，花纹的大小可以衡量花纹图案的粗糙度，即指每英寸范围内的花纹中最小结构的个数(Tooth Per Inch, TPI)；花纹的深度是指花纹中最小结构的底部与顶部之间的距离。 本领域技术人员可以理解，所述花纹一般由多个最小结构重复排列形成，这种最小结构可以有很多种形状，如菱形、圆形、矩形、正方形、多边形或其他不规则形状等。本实施例中，经过生产实践，优选花纹图案的最小结构为方形，图5为花纹图案的平面放大示意图，图6为花纹图案的剖面放大示意图，结合图5和图6，靶材300的所述非溅射面(3061和3062)上的所述花纹图案的大小为大于60ΤΡΙ (Tooth Per Inchs)，且小于20TPI，较佳为40TPI，所述花纹图案的深度h为大于0. 4mm,且小于0. 6mm，较佳为0. 5mm,并且，在进行花纹图案处理吋，エ艺上需要进行严格的控制，使得形成的花纹图案没有毛刺，上述非溅射面的花纹图案的规格使靶材能够更好的吸收反溅射物质，减小真空腔内异常放电的情況。经过上述步骤形成的靶材投入生产并使用时，实际效果也表明了在所述非溅射面具有上述花纹图案的靶材在溅射中，反溅射物质剥落的情况减少了很多。如图7所示的溅射反应器10中的经过上述步骤形成的靶材15，包括靶材坯料16和背板17，其非溅射面1 包括位于靶材坯料16侧面1’及与靶材坯料侧面相连的背板部分表面1”具有上述花纹图案，在溅射过程中，反溅射物质剥落的情况减少了很多。如图所示，真空室12包括大体上圆筒形的侧壁14，侧壁是电接地的。溅射靶材15 的溅射面2和非溅射面1 (所述非溅射面1包括溅射靶材坯料16的侧面1’和靶材坯料外侧至密封槽的背板表面1”)被密封到真空室12中。基座电极22把要受到溅射涂覆的硅片 24支撑为与靶材坯料16平行相対，真空室12和靶材15关于中心轴线38大体上对称。屏蔽内侧在靶材坯料16与硅片M之间限定了处理空间。溅射工作气体(优选为氩)定量从气体供应器沈经过质流控制器观进入室中。 未示出的真空泵系统将真空室12的内部保持在通常为IO-8Torr或更低的极低基本压力。 在等离子体点火期间，以产生约5milliT0rr室压カ的量供应氩压力，但是随后将该压カ减小。DC电源34将靶材15负偏压到约-600VDC，使氩工作气体被激发成含有电子和正氩离子的等离子体。正氩离子被吸引到负偏压的靶材15，并从靶材15的溅射面2上溅射出金属原子。形成上述花纹图案之后的靶材15进行一段时间的溅射后，其靶材15的上述非溅射面1上反溅射物质5堆积的情况如图7所示，结合图8所示的放大图，反溅射回来的金属可以堆积到滚花的凹槽里面去，填平凹槽，并且增加了上述金属与靶材的上述非溅射面1 的粘附性，不容易剥落下来，可以使得溅射器中的硅片M上的膜层更加均勻，提高膜层质里。图9是本发明另ー个实施例提供的一种靶材的形成方法，如图所示，包括如下步骤步骤S91，提供靶材，包括背板和位于背板上的靶材坯料，位于背板上的密封槽，所述密封槽围绕所述靶材坯料，位于靶材坯料侧面及从靶材坯料外侧至密封槽背板表面的非溅射面；步骤S92，对所述非溅射面进行喷丸处理；步骤S93，对喷丸处理后的所述非溅射面进行花纹图案处理。下面结合附图对上述实施例的各步骤进行详细说明。首先，执行步骤S91，提供靶材，包括背板和位于背板上的靶材坯料，位于背板上的密封槽，所述密封槽围绕所述靶材坯料，位于靶材坯料侧面及从靶材坯料外侧至密封槽背板表面的非溅射面。提供靶材，靶材的材料可以为硬度大于50HV的金属。根据应用环境、溅射设备的实际要求，靶材的形状可以为正方形、矩形、三角形、环形、圆锥形或其他类似形状(包括规则形状和不规则形状)中的任一种，本实施例中，较佳选用8寸圆形的钛靶材，是由钛靶材坯料与背板焊接而成。接着，执行步骤S92，将所述非溅射面进行喷丸处理。结合图1，上述非溅面106包括靶材坯料102侧面1061及从靶材坯料102外侧至密封槽的背板表面1062，对上述非溅射面106进行喷丸处理。喷丸是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料如铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂高速喷射到需要处理靶材的上述非溅射面106，使靶材的上述非溅射面106的微观形貌发生变化，在喷料对靶材的上述非溅射面106的冲击和切削的作用下，使靶材的上述非溅射面106被清洁和具有一定的粗糙度，该喷丸处理后的非溅射面的粗糙度是否达到了相应要求的标准，需要用測定的表面粗糙度Ra值来衡量。本实施例的喷丸处理后的非溅射面的粗糙度Ra为5. 08 μ m 7. 62 μ m,上述非溅射面106的粗糙度在这个范围内，一方面可以提高反溅射物质对靶材的吸附能力，另ー方面，靶材的上述非溅射面106的机械性能、抗疲劳性获得提高，使后续的花纹图案区更容易形成。影响喷丸质量的主要因素有砂粒材料、砂粒大小、空气压力、喷射距离。任何ー个參数的变化都会不同程度地影响喷丸的效果，其中对于砂粒材料、砂粒大小、空气压カ尤其重要。本实施例中选择每平方英寸内含有46粒白刚玉的46号白刚玉作为使用的砂粒。 将46号白刚玉倒入喷丸机，首次砂加入量为Ig，喷丸机空气压カ范围控制在0. 5Mpa 0. 6MPa左右，喷丸枪的喷嘴到靶材的上述非溅射区表面的距离范围为80mm 100mm，喷丸时间为8min lOmin。按照上述操作，可以保证上述非溅射面的粗糙度Ra为5. 08 μ m 7. 62 μ m。如图1所示，对上述非溅射区表面的喷丸处理包括对靶材坯料102侧面1061和靶材坯料外侧至密封槽的背板表面1062进行喷丸处理，可以分两步进行，也可以同时进行。 分两步进行喷丸处理时，可以先将靶材坯料102侧面1061进行喷丸处理，后对靶材坯料外侧至密封槽的背板表面1062进行喷丸处理；也可以先对靶材坯料外侧至密封槽的背板表面1062进行喷丸处理，后对靶材坯料102侧面1061进行喷丸处理。同时进行喷丸处理时， 需要设置两个喷嘴对两个非溅射表面进行喷丸处理，可以提高喷丸处理的工作效率。需要指出的是，可以对一枚靶材进行上述喷丸处理，也可以同时对多枚靶材同时进行喷丸处理，本实施例较佳为5枚，对多枚靶材同时进行喷丸处理可以提高工作效率，节省工作时间。进ー步优化地，在执行S92前，还可以有对靶材的上述非溅射面106以外的表面进行遮蔽保护的步骤，不仅可以使后续喷丸处理的效果更好，而且还可以保证靶材的溅射面及密封槽光滑。用专用遮蔽胶带对上述非溅射面106以外的表面进行保护，保护区域按图纸要求施工，胶带必须有一定的黏度和抗拉强度，喷丸时不易破裂。更进ー步优化地，在喷丸处理之后还可以对上述喷丸处理后的非溅射面或者是靶材表面进行清洗，比如可以采用去离子水或者纯净水进行清洗，清洗时间为Imin 2min。 需要指出的是，可以对一枚靶材进行上述清洗处理，也可以对多枚靶材同时进行清洗处理。更进ー步优化地，在喷丸处理后，可以对喷丸处理后的所述非溅射面进行粗糙度检查。喷丸后，靶材的所述非溅射面粗糙度发生了变化。该粗糙度是否完整，是否均勻和是否达到了相应要求的标准，用表面粗糙度仪直接測定表面粗糙度Ra值进行粗糙度检查， 表面粗糙度仪在每2m2表面至少选定ー个评定点，取评定长度为40mm，在此长度范围内测5 点，取其算木平均值为此评定点的表面粗糙度Ra值。本发明对靶材的上述非溅射区的粗糙度处理过后，Ra值应在5. 08 μ m 7. 62 μ m的范围内。最后，执行步骤S93，对喷丸处理后的所述非溅射面进行花纹图案处理。本实施例中，对喷丸处理的非溅射面进行花纹图案处理优选将所述非溅射面进行滚花处理，一般是在车床上用滚花刀滚压而成，即形成花纹图案，花纹图案结构具体请參考上一个实施例。接着采用机械抛光的方法清除滚花图案上的毛刺。对上述非溅射面的滚花处理包括对靶材坯料的侧面和靶材坯料侧面至密封槽的背板表面进行滚花处理，可以分两步进行，也可以同时进行。分两步进行滚花处理时，可以先对靶材坯料的侧面进行滚花处理，后对靶材坯料侧面至密封槽的背板表面进行滚花处理；也可以先对靶材坯料侧面至密封槽的背板表面进行滚花处理，后对靶材坯料的侧面进行滚花处理。同时进行滚花处理时，需要设置两个刀具对上述非溅射面进行滚花处理。在其他实施例中，进行图案化处理的方法还可以为轧制、拉丝等エ艺，即只要能制作出花纹且效果符合生产实际的要求的エ艺都在本发明的保护范围内。经过上述步骤形成的靶材投入生产使用时，实际效果也表明了在上述非溅射面具有上述花纹图案的靶材在溅射中，反溅射物质剥落的情况减少了很多，防止真空腔室的异常放电现象，提高硅片的成膜质量。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述掲示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.ー种靶材，包括背板；靶材坯料，位于背板上；密封槽，位于背板上，所述密封槽围绕所述靶材坯料；非溅射区，位于靶材坯料侧面及从靶材坯料外侧至密封槽的背板表面；其特征在干，所述非溅射区具有花纹图案。
2.如权利要求1所述的靶材，其特征在干，所述花纹图案的大小为大于60TPI，且小于 20TPI。
3.如权利要求1所述的靶材，其特征在干，所述花纹图案的深度为大于0.4mm,且小于0. Omm0
4.如权利要求1所述的靶材，其特征在干，所述花纹图案由多个结构重复排列而成，所述结构为菱形、圆形、矩形、正方形、多边形或其他不规则形状。
5.一种靶材的形成方法，其特征在干，提供靶材，包括背板和位于背板上的靶材坯料，位于背板上的密封槽，所述密封槽围绕所述靶材坯料，位于靶材坯料侧面及从靶材坯料外侧至密封槽背板表面的非溅射面； 对所述非溅射面进行喷丸处理； 对喷丸处理后的所述非溅射面进行花纹图案处理。
6.如权利要求5所述的靶材的形成方法，其特征在干，所述花纹图案处理为滚花、轧制和拉丝处理。
7.如权利要求5所述的靶材的形成方法，其特征在干，所述花纹图案的大小为大于 60TPI，且小于 20TPI。
8.如权利要求5所述的靶材的形成方法，其特征在干，所述花纹图案的深度为大于 0. 4mm,且小于 0. 6mm。
9.如权利要求5所述的靶材的形成方法，其特征在干，所述花纹图案由多个结构重复排列而成，所述结构为菱形、圆形、矩形、正方形、多边形或其他不规则形状。
10.如权利要求5所述的靶材的形成方法，其特征在干，所述喷丸处理采用的砂粒型号为46号白刚玉。
11.如权利要求5所述的靶材的形成方法，其特征在干，所述喷丸处理中的空气压カ为 0. 5Mpa 0. 6Mpa。
12.如权利要求5所述的靶材的形成方法，其特征在干，所述喷丸处理中的喷嘴到所述非溅射面的距离为80mm 100mm。
13.如权利要求5所述的靶材的形成方法，其特征在干，所述喷丸处理时间为Smin IOmin0
全文摘要
一种靶材及其形成方法，背板；靶材坯料，位于背板上；密封槽，位于背板上，所述密封槽围绕所述靶材坯料；非溅射区，位于靶材坯料侧面及从靶材坯料外侧至密封槽的背板表面；所述非溅射区具有花纹图案。本发明通过对靶材的所述非溅射区表面进行喷丸和图案化处理，增加其粗糙度，从而增加了反溅射物质在靶材上的粘附力，大大的减少了反溅射物质剥落的情况。
文档编号C23C14/34GK102560382SQ20111045187
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者姚力军, 潘杰, 王学泽, 郑文翔 申请人:余姚康富特电子材料有限公司