具有特殊的表面处理和良好颗粒性能的硅溅射靶及其制造方法
【专利摘要】提供一种包括Si靶和背衬板的溅射靶组件，其中所述背衬板结合到所述靶上。Si靶包括平滑的、镜面状的表面，并具有小于约15.0埃的表面粗糙度。提供用于制造硅靶/背衬板组件的方法，其中，加工硅坯件以从坯件表面去除划痕，产生靶上的镜面状的表面、以及15.0埃或更小的表面粗糙度。该方法包括第一和第二清洁步骤，第一步骤在划痕去除步骤之前进行，且第二步骤在划痕去除之后进行。
【专利说明】具有特殊的表面处理和良好颗粒性能的硅溅射靶及其制造方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2011年11月8日提交的美国临时专利申请序列号61/556926的优先权。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种结合到由Mo、T1、Zr、Ta、Hf、Nb、W、Cu和这些元素的合金组成的背衬板、或Mo/Cu、Ti/Al复合材料背衬板的硅溅射靶以及制造这种靶的方法。本发明的一方面涉及一种采用(具有，with)特殊表面处理的硅-背衬板溅射靶组件。
【背景技术】
[0004]硅(Si)是按质量计在宇宙中是最常见的元素之一，并且它主要以砂(沙)、尘土、二氧化硅(硅石)、或硅酸盐等的化合物形式存在。纯的晶体硅是灰色的且性质是脆的。硅的原子序数是14，原子量是28.09，且密度为2.33克/厘米3。硅在室温下具有金刚石立方晶体结构，熔点为1310°C，沸点为2357°C。此外，硅在25.(TC的温度下具有2.49 μ m/m-°C的线性热膨胀系数(CTE)。
[0005]硅是一种半导体且在现代世界经济中扮演关键的角色。实际上，整个现代半导体微电子行业是建立在硅的基础上的。硅被广泛用于集成电路、芯片、逻辑电子设备和存储电子设备。硅及其化合物不仅用于形成在其上建造半导体芯片的基板，也用于芯片和集成电路(IC)内晶体管和堆叠结构的功能单元或层，例如硅电极、二氧化硅介电层和氮化硅掩模层。
[0006]近年来，高k金属栅极(HKMG)晶体管技术已经被开发并应用于45纳米及以下工艺以制造用于多种高性能和低功耗应用的IC器件，例如图形、网络和无线移动应用。高k金属栅极(HKMG)的关键任务之一是要找出合适的新的金属材料和可靠的成膜方法来控制具有高的导通电流和低的泄漏电流的通道，并保持复杂结构的完整性。Hf、TiAl、TiN、TiAlN、TiSiN, TaAlN, TaSiN和稀土金属被报道用作金属栅极材料。近来，由于硅的独特的化学和物理性质、以及其与建立在硅之上的半导体技术的天然联系，利用硅作为金属栅结构材料已经倍受关注。
[0007]在IC和芯片内部的在基板之外的硅和氮化硅层在传统上是通过化学气相沉积(CVD)方法形成的。随着微电子工业利用45纳米及以下技术驱使器件和电路的小型化朝着纳米尺寸发展，对于膜/结构形成方法的精度和最小影响的器件完整性已经提出了不断增加的严格要求。溅射是一种机制，通过该机制，作为通过物理气相沉积(PVD)技术与高能离子碰撞的结果，使原子从材料(靶)的表面移出，其中通过高能离子轰击，使原子或分子从靶材喷射出来，以致喷射出的原子或原子簇能够在基板上聚结为薄膜。相比于CVD工艺，溅射具有对大量原子的输运和沉积的更精确的控制，并且对所沉积的膜结构的热冲击更少。通过PVD工艺的Si溅射靶正变得更广泛地用于硅层(例如金属栅电极)和它的化合物结构层(例如微电子集成电路和通信设备内部的氮化硅和硅碳化物)，其用于各种各样的高性能且低功率的应用(如图形、网络和无线移动应用)。
【发明内容】
[0008]在一种实施方式中,娃祀包括具有无缺陷的表面的娃勒1?件(?料，blank),以及钥背衬板、钥铜复合材料背衬板或钛铝复合材料背衬板。所述靶坯件通过焊料结合(solderbonded)、钎焊结合(braze bonded)、箔结合(foil bonded)、或其它低温结合方法结合到背衬板。开发了表面工艺(表面处理，surface process)以实现硅溅射靶的几乎无缺陷/损伤的表面，以减少预烧(burn-1n)时间和由溅射靶沉积的膜上的颗粒。所述表面工艺包括机加工、研磨、检验、磨光(lap)、清洁、表面损伤去除(即划痕去除)、清洁、抛光、清洁、检验、最终清洁、以及最终检验步骤。本发明还提供了制造硅溅射靶的方法。
【专利附图】
【附图说明】[0009]下面的详细描述参考了附图，其中:
[0010]图1是对比的Si靶表面工艺A的工艺流程图。
[0011]图2是根据本发明的一种实施方式的Si靶表面工艺，即工艺B的工艺流程图。
[0012]图3是由对比工艺A制备的Si靶表面的一组光学显微照片。在这些表面上观察到包括划痕、微裂纹、凹痕(indentation)、孔以及缺口的缺陷。
[0013]图4是由对比工艺A制备的Si靶表面的一组SEM图像。在这些表面上观察到包括划痕、斑点(stain)、孔、缺口和微裂缝的缺陷。
[0014]图5是由根据本发明的一种实施方式的工艺B制备的Si祀表面的一组光学显微照片。除了几个点缺陷之外，这些表面是清洁的且几乎无缺陷。
[0015]图6是由对比表面工艺A制备的Si靶的干涉仪成像和表面粗糙度测量结果。在靶的中心检测到平行划痕。在离靶面周边3英寸的五个位置进行了干涉仪粗糙度测量-靶表面中心(PC)，3点钟位置(P3)，6点钟位置(P6)，9点钟位置(P9)，和12点钟位置(P12)。所测量的粗糙度为 PC = 20.848 埃，P3 = 16.749 埃，P6 = 14.689 埃，P9 = 16.199 埃，和P12 = 15.487埃。测得的平均粗糙度为16.794埃且标准偏差为2.394埃。
[0016]图7是由根据本发明的一种实施方式的表面工艺B制备的Si靶的干涉仪成像和表面粗糙度测量结果。在表面上未检测到明显的缺陷。测得的粗糙度为PC= 11.911埃，P3 = 13.857 埃，P6 = 15.079 埃，P9 = 14.625 埃，和 P12 = 11.888 埃。测得的平均粗糙度为13.472埃且标准偏差为1.500埃。
[0017]图8是由通过对比工艺A制备的Si祀沉积的Si膜的颗粒分布图(map)和颗粒计数。在所述Si靶被调制(condition)/预烧超过24小时后，在膜上检测到总共869个颗粒。
[0018]图9是由通过根据本发明的一种实施方式的工艺B制备的Si靶沉积的Si膜的颗粒分布图和颗粒计数。在所述Si靶被调制/预烧不到8小时后，在膜上检测到仅25个颗粒。
【具体实施方式】
[0019]本发明所包括的硅溅射靶可具有任何合适的几何形状(几何结构，geometry)。本发明包括一种采用(具有)刮痕去除表面处理的、具有良好的颗粒和预烧性能的硅靶的制造方法。硅靶的纯度为至少99.999%，优选为99.9999%，不包括掺杂剂。硅靶坯件的直径最高达550毫米，且可以是本征的、P型掺杂的、或η型掺杂的。硅坯件可以具有多晶、单晶、或者半单晶结构。虽然可以使用其它结构的硅，但是根据本专利，单晶结构是优选的。硅原料和其掺杂剂元素熔化以从熔化液体生长硅锭，这优选通过直拉晶体生长法(Czochralskicrystal growth method)或铸造工艺进行。得到的锭可以具有任何尺寸和任何合适的形状，包括圆形、正方形和矩形。随后检测该硅锭并且将其线锯锯切成用于制造不同部件的不同期望厚度的锭切片。硅锭切片经历表面工艺处理以实现期望的尺寸及表面状况。表面工艺包括但不限于制造操作，例如机加工、研磨、磨光、抛光、表面损伤去除(即，划痕去除)、蚀刻、清洁、以及检验，优选在这些操作的任意两个之间施加额外的清洁步骤，以形成具有期望的表面状况和特性以及几何尺寸的硅靶坯件。然后，将完成的硅坯件通过焊料结合或其它低温结合方法结合到背衬板以获得硅靶坯件-背衬板组件。焊料可以是但不限于铟、锡-银，也可以使用纳米箔。有很多背衬板材料的选择，包括但不限于Mo、T1、Zr、Ta、Hf、Nb、W、Cu以及这些元素的合金，或复合材料背衬板如Mo/Cu和Ti/Al。背衬板材料具有选择以与硅的热膨胀系数密切匹配的热膨胀系数(CTE)。结合的靶组件的直径可以为200毫米、300毫米、和更大，并且可以制造用于具有不同OEM设计的靶构造。
[0020]根据上述工艺制备了示例性的具有超精细表面的硅靶。使用99.9999%或更高纯度的Si原料通过使用直拉晶体生长法生长Si锭，优选具有300mm至800mm的直径、大于450mm的优选直径的无位错单晶Si锭。由GDMS法测得的所得锭的组成列于表1中。
[0021]表1
[0022]
【权利要求】
1.溅射靶组件，其包括Si靶和结合到所述靶的背衬板，所述Si靶具有光滑的镜面表面和小于15.0埃的表面粗糙度。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述背衬板包含Mo或Mo/Cu复合材料或Al/Ti复合材料。
3.如权利要求1所述的组件，其中所述粗糙度为约13.5埃，其标准偏差为约1.5埃。
4.如权利要求1所述的组件与通过所述靶在基板上的溅射涂覆制备的Si膜的组合，在8小时或更短的靶预烧后，所述基板包括Si且具有50或更小的颗粒计数。
5.制造硅靶/背衬板组件的方法，其包括:提供硅坯件，和从所述坯件去除划痕的步骤，以在所述靶上提供镜面状的表面和在所述表面上提供15.0埃或更小的表面粗糙度， 所述方法还包括:第一和第二清洁步骤，所述第一步骤在所述划痕去除之前进行，且所述第二步骤在所述划痕去除之后进行。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一或第二清洁步骤包括将所述坯件表面与包含聚合物的液体清洁溶液接触。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述聚合物为选自聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和羟乙基纤维素的成员。
【文档编号】C23C14/00GK103917685SQ201280054872
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2011年11月8日
【发明者】Y.元, E.Y.伊瓦诺夫, Y.刘, P.弗劳斯托, W.苗 申请人:东曹Smd有限公司