具有增强的表面轮廓和改善的性能的硅溅射靶及其制造方法
【专利说明】具有増强的表面轮廓和改善的性能的硅溅射靶及其制造方 法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本PCT申请要求2013年1月4日提交的美国临时专利申请第61/848, 472号的优 先权，并将其在此全文引入作为参考。
技术领域
[0003] 在此所公开的主题涉及用于物理气相沉积（PVD)工艺的溅射靶、更特别地为硅溅 射靶。
【背景技术】
[0004] 在典型的溅射工艺中，使来自溅射靶的硅原子在物理气相沉积（PVD)气氛中沉积 在基板上。大部分的溅射原子如所期望地直接行进至所述基板。但是，显著部分的溅射颗 粒在PVD工艺的过程中变成散射在气体中且能够沉积在腔室的各种非预期的表面（例如护 罩以及靶的侧壁或凸缘）上。
[0005] 沉积在溅射室的各种非期望的表面（例如护罩或者靶的侧壁和凸缘）上的所述散 射的溅射颗粒在后面的溅射工艺过程中趋于积累和剥落。散射的溅射颗粒在所述靶上的沉 积是特别麻烦的。举例来说，重复地加热和冷却包括在靶的侧壁上的非期望的沉积颗粒的 靶使得所述颗粒的剥落甚至更为可能，或者可导致所述靶或再沉积颗粒的碎肩（chipping) 或破裂。
[0006] 在很多情况下，这些有害颗粒被驱使到基板。晶片上的这些颗粒可能在溅射图案 中产生可导致失效电路的不均匀的溅射膜或缺陷。靶的寿命应当主要由靶厚度决定。然而， 实际上，靶的寿命经常受到靶上（特别是在中心处、靠近边缘或者在侧壁部分上）的裂纹或 沉积物累积的限制。
[0007] 正常的硅（Si)溅射靶具有平坦的顶面和笔直的侧壁。在射频物理气相沉积（RF PVD)系统和工艺中，具有电阻率和无定形结构的再沉积的硅易于积累在所溅射的靶的表面 中心和边缘区域处。这导致靶表面的碎肩或破裂并最终导致短的靶寿命。
【发明内容】
[0008] 与之相对照，本发明的溅射靶具有增强的表面轮廓，其令人惊讶地降低了靶材料 的再沉积并且抑制了靶碎肩，从而提高了靶的寿命、改善了靶的溅射性能和沉积膜的品质。
[0009] 因此，在一个实施方案中，公开了具有增强的表面轮廓的溅射靶组件。所述靶组件 可包含靶坯和背衬板。所述靶坯可具有至少一个厚度T1的平坦表面和厚度T2的下凹中 心，其中T2可小于T1。在另一个实施方案中，所述靶坯可进一步包含围绕所述靶坯周边的 厚度T3的斜切边缘。所述厚度T3可小于T1。在另一个实施方案中，所述溅射靶组件可通 常为圆形的且所述第一斜切边缘可为围绕所述靶坯圆周的连续的斜切边缘。
[0010] 在又一个实施方案中，所述靶坯可包含硅（Si)。所述硅靶坯可具有最高达550mm 的直径且可为本征的、P-型掺杂的、或n-型掺杂的。所述硅坯可具有多晶、单晶、或半单晶 结构。在又一个实施方案中，所述靶坯可包含n-型掺杂的硅或者具有n-型传导性的硅。
[0011] 在另一个实施方案中，所述背衬板可由包括但不限于以下的材料制成：Al、Mo、Ti、 2『、1 &、批、他、1、(：11、它们的组合、以及它们的合金，例如此/(：11或11/^1复合物。在一个实 施方案中，所述背衬板可为具有2N5或更高纯度的纯钼。在又一个实施方案中，所述靶背衬 板可为具有扩散接合或涂覆至钼坯的铜的钼铜复合物。在另一个实施方案中，所述背衬板 可为具有扩散接合或涂覆至钛坯的铝的钛和铝的复合物。
[0012] 此外，公开了具有增强的表面轮廓的硅溅射靶的制造方法。所述方法可包括机械 加工靶坯以得到经机械加工的表面，所述经机械加工的表面具有至少一个厚度T1的平坦 表面和厚度T2的下凹中心，其中T2可小于T1。在另一个实施方案中，所述方法可进一步包 括机械加工围绕所述靶坯周边的厚度T3的第一斜切边缘。所述厚度T3可小于T1。
[0013] 在另一个实施方案中，可将所述靶坯焊料接合和/或铜焊接合至背衬板以形成靶 组件。在又一个实施方案中，所述焊料可为，但不限于，铟、锡-银、层压箱和铜焊箱。
[0014] 在另一个实施方案中，所述靶坯通常可为圆形的且所述第一斜切边缘可为围绕所 述靶坯圆周的连续的斜切边缘。在机械加工至所需平滑度之后，可对所述经机械加工的表 面进行清洗和抛光。所述靶坯可通过以下获得：从Si锭切割出硅（Si)切片，并然后如前所 述地机械加工靶坯。因此，在另一个实施方案中，所述靶坯可包含硅（Si)。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的靶的一个实施方案的横截面视图说明。
[0016] 图1A是本发明的靶的一个实施方案的顶视图说明。
[0017] 图1B是1A中所示的靶的横截面视图说明。
[0018] 图1C是图1B中所示的实施方案的一部分的详细视图。
[0019] 图1D是图1B中所示的实施方案的另一部分的详细视图。
[0020] 图2A是现有技术的靶的横截面说明。
[0021] 图2B是现有技术的靶的侵蚀轮廓的横截面说明。
[0022] 图3A示出了在20kW ? h后的现有技术的试验靶。
[0023] 图3B示出了在178kW ? h后的3A中的相同的现有技术的试验靶。
[0024] 图3C示出了在201kW ? h后的3A中的相同的现有技术的试验靶。
[0025] 图4示出了 3C中所示的在201kW ? h后的现有技术的试验靶的侵蚀轮廓。
[0026] 图5示出了在201kW *h后的3A中的相同的现有技术的试验祀，其中，使用所示的 电子背散射衍射（EBSD)对部分该革E进行分析。
[0027] 图5A示出了对于图5中所示的"E"部分的EBSD结果。
[0028] 图6A是对于图5中所示的"D"部分的极像图（pole figure)。
[0029] 图6B示出了对于图5中所示的"C"和"D"部分的详细极像图。
[0030] 图7A示出了在20lkW ? h后的3A中的相同的现有技术的试验靶的说明，其中，测 量所述革E的多个部分的电阻率。
[0031] 图7B是电阻率测量结果的表。
[0032] 图8A是用于模拟在RF PVD工艺中的在201kW *h后的3A中所示的现有技术的试 验靶的性能的实验室试验的示意图。
[0033] 图8B是示出了在实验室试验过程中对于现有技术的试验靶的不同部分的输入电 流相对于输出电压的图。
[0034] 图9示出了在对3A中所示的靶实施实验室试验后的现有技术的试验靶。
[0035] 图10示出了本发明的靶的一个实施方案的颗粒性能。
【具体实施方式】
[0036] 本发明的溅射靶组件可包含靶坯和背衬板。所述靶坯可具有至少一个厚度T1的 平坦表面和厚度T2的下凹中心，其中T2小于T1。在另一个实施方案中，所述靶坯可进一步 包含围绕所述靶坯周边的厚度T3的斜切边缘。所述厚度T3可小于T1。
[0037] 所述靶坯可为矩形或圆形，具有相对于所述平面凹陷的厚度T2的下凹中心4。所 述下凹中心4可为具有平坦底面以及通常相对于所述底面垂直的侧面的凹坑。在一个实施 方案中，所述靶坯可具有矩形横截面。在另一个实施方案中，所述靶坯可为圆形的。所述靶 坯可具有围绕所述靶坯的外部周边或圆周的厚度T3的第一斜切边缘。所述厚度T3可小于 T1。在另一个实施方案中，所述溅射靶组件可通常为圆形的且所述第一斜切边缘可为围绕 所述靶坯圆周的连续的斜切边缘。现参照图1，示出了根据本发明的靶2的一个实施方案的 横截面视图说明。所述靶可为具有至少一个平的或平坦表面5的厚度T1的圆形靶。所述 靶2可具有增强的表面轮廓，所述增强的表面轮廓包含厚度T2的相对于所述靶2的平坦表 面5凹陷的下凹中心或"凹地（pocket) "4。所述靶2还可具有平均厚度T3的第一斜切边 缘6。所述下凹中心4和第一斜切边缘6的厚度T2和T3可小于靶厚度T1，从而当在PVD 系统中使用RF功率溅射所述靶时增强溅射率和降低在这些表面处的再沉积。该增强的表 面轮廓可抑制或降低靶碎肩和/或破裂，由此提高靶的寿命并改善沉积膜的均匀性。
[0038] 如图1A和1B中所示的，所述靶2的下凹中心4可在所述靶2的外部边缘8内形成 同心圆。图1C和1D是图1B中所示的实施方案的一部分的详细视图。所述下凹中心4可为 具有平坦底面以及通常相对于所述底面垂直的侧面的凹坑。任选地，所述下凹中心4可为 球形形状或者如直角截头圆锥（right frustum cone)的形状。所述下凹中心4可任选地 具有围绕所述下凹中心的外部周边的第二斜切边缘10。所述下凹中心或"凹地（pocket) "4 的第二斜切边缘10的角度可为85°至约5°。如可在图1C中所看到的，所述下凹中心的 第二斜切边缘10可具有约8°的角度。
[0039] 所述边缘8可具有围绕所述靶圆周的第一斜切边缘6。如图1D中所示的，斜面无 需在所述靶的整个厚度T1上延伸，但可形成经倒角的边缘。所述靶边缘8处的第一斜切边 缘6的角度可为约85°至约5°。如可在图1D中所看到的，所述靶边缘8处的第一斜切边 缘6可具有约10°的角度。
[0040] 所述第一和第二斜切边缘6和10的长度可相同或不同。所述斜切边缘（6或10) 的长度可变且可为本领域普通技术人员所预期的任何适宜长度。
[0041] 在一个实施方案中，所述靶坯可具有外径0D1。在一个实施方案中，所述0D1可小 于或等于550mm。所述第一斜切边缘6的斜面可自距所述圆形靶2的中心的距离D开始，并 延伸至所述靶的外径0D1，而且，在所述靶的外径0D1内形成内径ID1的同心圆。ID1可等于 或大于所述靶坯外径0D1的约81%至约99%。在另一个实施方案中，ID1可为所述靶坯外 径0D1的约85 %至约95%。在又一个实施方案中，ID1