专利名称：介电射频溅射靶上的腐蚀轮廓控制的制作方法
技术领域：
本发明的实施例大致与物理气相沉积(PVD)装置相关。更具体而言，与射频(RF) 磁控管溅射装置相关。
背景技术：
物理气相沉积处理一般用于在处理腔室中沉积层材料于基材上。材料或靶的主体附接至背板。电源耦合至背板，或直接耦合至溅射靶以提供电流至靶。电流将处理腔室内的处理气体点燃成为等离子体。溅射靶被来自等离子体的离子轰击，其使溅射靶的原子从溅射靶溅射。
溅射的一种形式为反应性溅射。反应性溅射处理中，溅射靶可包含诸如金属的材料，该材料与处理气体反应以在基材上形成与溅射靶具有不同组成的层。举例而言，当用反应性溅射沉积氮化钛时，包含钛的溅射靶可以直流电产生电偏压。处理气体可含有例如氩的惰性气体，此外尚可有诸如氮的反应性气体。处理气体被点燃成等离子体，而钛从靶溅射。钛和氮接合并以氮化钛沉积于基材上。
当用反应性溅射沉积薄膜时，难以预测沉积薄膜的正确成份。举例而言，当沉积氮化钛时，沉积的氮化钛层在遍布层中具有多变的氮浓度。该多变的氮浓度在多个基材间无法重复。
因此，此技术领域亟需一种溅射靶，该溅射靶可以用于反应性溅射材料至基材上而具有预定且可重复的成份。
发明内容
本发明一般包括可用于射频溅射处理的溅射靶组件。溅射靶组件可包括背板以及溅射靶。背板可成形成具有一个或多个从背板朝溅射靶延伸的鳍件。溅射靶可接合至背板的鳍件。溅射处理期间使用的射频电流将可施加至于一个或多个鳍件位置的溅射靶。鳍件可于对应于配置在背板后的磁控管所制造的磁场的位置从背板延伸。藉由控制射频电流耦合至对准磁场的溅射靶的位置，可控制溅射靶的腐蚀。
在一个实施例中，揭露溅射靶组件。该组件包括背板主体，该背板主体具有一个或多个置中并耦合其上的鳍件；耦合至背板主体的填充材料、一个或多个鳍件的内表面、及一个或多个鳍件的外表面；以及耦合至填充材料以及一个或多个鳍件的底表面的溅射靶。所述一个或多个鳍件包括内表面、外表面以及底表面。
在另一实施例中，揭露溅射靶组件。该组件包括背板主体，该背板主体具有一个或多个鳍件以及耦合至背板主体的溅射靶。所述一个或多个鳍件可装配以接触于置中并耦合其上的溅射靶。所述一个或多个鳍件包括内表面、外表面以及底表面。溅射靶包括一个或多个装配以接收一个或多个鳍件的凹部。
在另一实施例中，一种组装溅射靶组件的方法包含以下步骤将接合材料施加至一个或多个背板主体以及溅射靶，并且将背板主体与溅射靶压在一起。背板主体包括一个或多个鳍件。鳍件从背板主体的第一表面延伸并且大体环绕背板主体的中心轴线。
参考具有某些绘制在附图的实施例，可得到之前简短总结的本发明的更特别的描述，如此，可详细了解之前陈述的本发明的特色。但要注意的是，附图只示出本发明的典型实施例，因本发明允许其它同等有效的实施例，故不视为其范围限制。
图1为基材处理腔室的实施例的剖视图。
图2A为靶组件的实施例的剖视图。
图2B为带有示出的磁场的图2A的靶组件的剖视图。
图3为靶组件的另一实施例的剖视图。
图4为根据本发明的实施例的靶组件的仰视图。
图5示出含有磁场的靶组件的另一实施例的剖视图。
图6为靶组件的另一实施例的剖视图。
为有助于了解，如可能，使用同一组件符号以指定共通于各图的同一组件。应认知到在实施例中公开的组件可有利于在其它实施例中使用，而不再特别详述。
具体实施例方式本发明一般包括可用于射频溅射处理的溅射靶组件。溅射靶组件可包括背板以及溅射靶。背板可成形以具有一个或多个从背板朝溅射靶延伸的鳍件。溅射靶可接合至背板的鳍件。溅射处理期间利用的射频电流将施加至位于一个或多个鳍件位置的溅射靶。鳍件可于对应于配置在背板后的磁控管所制造的磁场的位置从背板延伸。藉由控制射频电流耦合至对准磁场的溅射靶的位置，可控制溅射靶的腐蚀。
本发明将以参考至PVD腔室的形式于下进行描述。可利用于施行本发明的PVD腔室可从美国加州Santa Clara的Applied Materials, Inc.购得。应了解，本发明在其它腔室中有利用性，包括其它制造商所贩卖的腔室。
图1为基材处理腔室100的实施例的剖视图。处理腔室100可包含容纳处理区域的腔室壁109。可将腔室壁109接地。在实施例中，腔室壁109可包含铝、铝合金或其它适合的材料。在实施例中，腔室壁109可包含不锈钢。配置在处理区域内的基材支架102可配置于靶组件101对面以支撑其上的基材103。基材支架102可耦合至地面、直流电源、交流电源或射频电源。基材支架102可装设在可旋转及/或可线性致动的轴104上。
靶组件101可藉由绝缘的间隔物或密封件110在电性上与腔室壁隔离。靶组件 101可包含耦合至溅射靶106的背板105。在实施例中，背板105可包含铝。在另一实施例中，背板105可包含铜。在另一实施例中，背板105可包含不锈钢。
溅射靶106可接合至背板105。在实施例中，溅射靶106可包含绝缘材料。在另一实施例中，溅射靶106可包含氮化钛。在另一实施例中，溅射靶106可包含氮化钽。可用的适合的接合材料包含弹性体。在实施例中，接合材料可包含金属材料。在另一实施例中，接合材料可包含焊料材料。在另一实施例中，接合材料可包含低熔点材料。当接合材料在处理期间曝露于真空时，其可为兼容于真空。
磁控管107可配置在背板105之后。磁控管107可具有多个磁体108，其可产生延伸进入溅射靶106前方的处理区域的磁场111。该磁场111可集中等离子体中的离子至磁场111，如此最大量的靶腐蚀发生在包含于磁场111中的靶106的区域。
当射频电流从电源112施加至背板105时，射频电流沿着导电的背板105的外侧表面行进。因此，射频电流可沿整个溅射靶106的后面行进。在背板105接合至溅射靶106 的每一位置，射频电流能够透过对应至背板105每一处的标靶以电容式耦合，而射频电流能够透过溅射靶106以更大量发射。射频电流将有助于于等离子体生成，生成等离子体云 113，以及藉由在非需求的区域造成更高浓度的等离子体以减少磁场的帮助。等离子体的非一致性可导致非致的溅射靶106腐蚀。
图2A为根据本发明的实施例的靶组件200的剖视图。靶组件200 —般包括背板主体201、从背板主体201延伸出的鳍件202、填充材料203以及待溅射的靶204。鳍件202 可提供在溅射靶204以及背板主体201之间的电性接触。实施例中，鳍件202可具有介于背板主体201的宽度的50%至90%之间的厚度。鳍件202的厚度与溅射靶204的厚度相关。在实施例中，溅射靶204在耦合到鳍件202的位置中是最薄的。
诸如黏着性或含焊料的接合层可用于将靶204耦合至填充材料203、鳍件202或两者。含有许多磁体206的磁控管205可定位在来自靶204的背板主体201的对面并且绕背板主体201的中央轴线旋转。电源208可耦合至背板主体201。在实施例中，电源208可为射频电源208。
在实施例中，背板主体201和鳍件202可由大体相同的材料制成。适合于背板主体201以及鳍件202的材料可包括铜、铜合金、不锈钢、铝、铝合金或其它导电材料。在实施例中，背板主体201可用机器加工形成鳍件202。在另一实施例中，鳍件202可为耦合至背板主体201的单独片。鳍件202可大体对称并且置中于背板主体201上。鳍件202可大体上呈圆形。在实施例中，鳍件202可包含单式的片材料。在另一实施例中，鳍件202可包含绕背板主体201的轴线大体上呈圆形布置的多个片。在实施例中，靶204包含介电材料，诸如氧化铝(Al2O3)、氮化钛、氮化钽、二氧化硅、硅介电材料或其它材料。
显示于图2A的实施例，溅射靶204藉由填充材料203与背板主体201相隔。在实施例中，填充材料203可为具有介电常数在大约2至50之间的介电材料。在另一实施例中， 填充材料203可包含石英。在另一实施例中，填充材料203可具有低于靶204的介电常数， 以减少在覆盖于填充材料203的靶204的区域内被传递到靶204的功率量。
鳍件202 —般可用于助于从射频电源208发射射频信号至靶204上的特定位置。 射频信号行进穿过背板主体201至鳍件202。鳍件202随后发射射频信号至靶204。由于填充材料203的低电容，其提供射频信号电阻，并且限制发射射频信号至靶204的其它区域。 填充材料203降低由未耦合至鳍件202的靶204区域所形成的等离子体量。鳍件202容许正确发射射频信号至靶204的特定区域。
发射射频信号至靶204上的特定位置可集中等离子体至增强等离子体耦合207的区域。藉由生成增强等离子体耦合207的区域，对等离子体而言较不可能行进且在靶204 的其它区域较不可能变得集中。不容许等离子体行进将会限制靶204不预期的腐蚀的量并且伤害处理腔室。集中等离子体至特定区域也可帮助促进更有效且完整使用靶204并且限制对靶204的期望区域的腐蚀。增强等离子体耦合的区域可为大部分材料从靶204被溅射出来的位置。磁控管205可协助控制等离子体浓度以及增加等离子体耦合207的区域的位置。鳍件202可设计其尺寸，如此定位增强等离子体耦合207的区域以促进材料均勻分布于进行处理的基板上。
在实施例中，靶组件200可不包含填充材料203。可在背板主体201和靶204之间生成间隙，并且靶204可耦合至鳍件202的末端。在实施例中，可抽空间隙或以气体填充。 在另一实施例中，填充材料203可在背板主体201的中心附近从鳍件202环绕的区域移出且将填充材料203留在背板主体201的边缘附近。此外，在另一实施例中，填充材料203可在背板主体201边缘附近移出，同时保留背板主体201的中心附近的填充材料203。
图2B示出带有磁场213的图2A的靶组件200的剖视图。磁控管205可由二个或更多个磁体206组成，该磁体一般由北极212与南极211所组成。在实施例中，第一磁体 206以磁体206的南极211面对背板主体201定位。邻近的第二磁体206大体上环绕第一磁体206定位，如此磁体206的北极212面向背板主体201。由于磁体206的接近而生成磁场213。在实施例中，磁场213可行进穿过靶组件200。磁场213定位于第一磁体206的北极212以及第二磁体206的南极211之间。磁场213可具有分量，指向平行于靶溅射表面 214的χ方向以及垂直于靶溅射表面214的y方向。鳍件202的中心可大体上对准并置中于磁场，此处磁场在χ方向的分量的量级大于y方向的分量，如图2B所示。在另一实施例中，鳍件202的中心可大体上对准并置中于磁场中心，此处平行背板主体201的宽度的磁场分量大于垂直于背板主体201的宽度的磁场分量。
图3为靶组件300的实施例的剖视图。靶组件300包含背板301，具有由其表面延伸并与溅射靶304接合的鳍件302。适合背板主体301以及鳍件302的材料包括铜、铜合金、不锈钢、铝、铝合金或其它导电材料。在实施例中，背板301可用机器加工形成鳍件302。 在另一实施例中，鳍件302可为耦合至背板主体301的单独片。鳍件302可大体上对称并且置中于背板主体301。鳍件302可大体上呈圆形。在实施例中，鳍件302可包含单式的片材料。在另一实施例中，鳍件302可包含绕背板主体301的轴线大体上呈圆形布置的多个片。
溅射靶304可成形以耦合至背板301以及鳍件302。当靶304的介电常数足够低以致无法使用填充材料时，使用成形靶304是有帮助的。成形靶304可机器加工，或另一方面形成以匹配于背板主体301以及鳍件302的外观。既然射频信号以电容式传输，该射频信号更可能透过成形靶304较薄的处发射，因其于该区域的更高的电容。可于射频信号更容易透过靶304发射的位置生成等离子体耦合303的增加的区域。
图4为靶组件400的实施例的仰视图，其中靶系被移除以为了清晰起见。在此实施例中，背板401大体上为圆形。鳍件402大体上为圆柱状，具有第一半径404界定内表面， 并且具有第二半径405界定外表面。在实施例中，第一半径404可小于第二半径405。填充材料403可耦合至背板主体401、鳍件402的内表面以及鳍件402的外表面。在背板主体 401的边缘附近的背板主体401的一部分大体上可无填充材料。尽管图上显示鳍件402为连续的材料片，须了解到鳍件402可包含一个或多片耦合的材料。
图5示出含有磁场506的靶组件500的另一实施例的剖视图。在图5所显示的实施例中，鳍件502可具有约50%至90%的背板主体501宽的厚度。鳍件502可包纳磁控管所生成的多于个的磁场的区域。鳍件502也可生成增强等离子体耦合507的更大的区域， 其可生成靶504的更大区域，在该区域材料将极可能由此溅射。鳍件502的中心可大体上定位于邻近的磁场506之间。在实施例中，填充材料503可在背板主体501以及鳍件502 之间耦合以大体上填充靶504以及背板主体501之间的空间。
图6为靶组件600的另一实施例的剖视图。在此实施例中，多个鳍件602从背板主体601延伸。在实施例中，包含数磁体606的更宽的磁控管605可用以生成许多对准每一鳍件602的磁场。在另一实施例中，使用多个磁控管605。多个磁控管或多个磁场可生成多个增强等离子体耦合607的区域。增强等离子体耦合607的区域可允许大部分材料从靶604溅射，如此生成多个腐蚀沟槽608 (显示成虚线)。具有多个腐蚀沟槽608可在更换靶604之前用于溅射较大部分的靶604。填充材料603可在背板主体601以及鳍件602之间耦合以大体上填充靶604以及背板主体601之间的空间。
在此描述的溅射靶组件可在需要时更新。举例而言，当溅射靶已达其使用年限，溅射靶可由背板及/或填充材料移出。接合材料也可移出。然后，新的溅射靶可接合至背板及/或填充材料。在实施例中，可移出靶，随后可置换溅射的材料，如此使用过的靶会自更新并且重新接合至背板及/或填充材料。此外，在需要时可置换填充材料。在更新处理期间，从背板及/或填充材料移出使用过的溅射靶。此外，接合的材料也可移出。新的溅射靶或更新过的溅射靶(例如置换具有溅射材料的使用过的溅射靶，如此使用过的靶会近似于新溅射靶的形状及/或密度)随后接合至背板及/或填充材料。
上述的本发明的实施例提供了有效的等离子体浓度以及分布管理。使用本发明的实施例，沉积与腐蚀轮廓可更一致且容易重复。
前述为涉及本发明的实施例，在不背离基本范围的情况下，可设计其它的本发明的实施例，且本发明的范围由所附权利要求所决定。
权利要求
1.一种溅射靶组件，包含背板主体，具有一个或多个置中且耦合其上的鳍件，所述一个或多个鳍件包含 内表面； 外表面；以及底表面；填充材料，耦合至该背板主体、所述一个或多个鳍件的该内表面、以及所述一个或多个鳍件的外表面；以及溅射靶，耦合至该填充材料以及所述一个或多个鳍件的底表面。
2.如权利要求1所述的组件，其中该背板主体具有多个鳍件，其中所述多个鳍件的每一鳍件与相邻的鳍件相隔第一距离，其中该第一距离大约为该溅射靶的厚度的2至5倍。
3.如权利要求1所述的组件，其中该溅射靶包含与该填充材料一样的材料。
4.如权利要求1所述的组件，还进一步包含接合层，该接合层耦合于该靶、所述一个或多个鳍件以及该填充材料之间，其中该溅射靶不包含与该填充材料一样的材料。
5.一种溅射靶组件，包含背板主体，具有一个或多个鳍件，所述鳍件用于接触置中且耦合其上的溅射靶，所述一个或多个鳍件包含 内表面； 外表面；以及底表面；以及溅射靶，耦合至该背板主体，该溅射靶具有一个或多个用于接收所述一个或多个鳍件的凹部。
6.如权利要求5所述的组件，其中该背板主体具有用于接触溅射靶的多个鳍件，每一鳍件包含内表面； 外表面；以及底表面，其中所述多个鳍件的每一鳍件与相邻的鳍件相隔第一距离，其中该第一距离大约为该溅射靶的一部分的厚度的2至5倍。
7.如权利要求5所述的组件，还进一步包含接合层，该接合层耦合于该靶、所述一个或多个鳍件以及该背板主体之间。
8.一种射频磁控管溅射装置，包含背板主体，具有大体平面的第一表面，该背板主体具有一个或多个从该背板主体的第二表面延伸的第一鳍件，该第二表面在该第一表面的对面； 溅射靶，耦合至所述一个或多个第一鳍件；以及磁控管，可绕该背板主体的中央轴线旋转并且能够制造第一磁场，该磁控管被定位成使得所述一个或多个第一鳍件的每一鳍件的中心大体上对准下述位置，于该位置处，平行于该背板主体的该第一表面的该第一磁场的分量量级大于垂直于该背板主体的该第一表面的该第一磁场的分量。
9.如权利要求8所述的装置，还进一步包含耦合至该背板主体的该第二表面的填充材料、所述一个或多个第一鳍件的每一鳍件的一部分、以及该溅射靶；以及耦合至该背板的射频电源，其中所述溅射靶耦合至该背板主体的该第二表面。
10.如权利要求8所述的装置，其中该磁控管产生第二磁场，且其中一个或多个第二鳍件被定位成使得所述一个或多个第二鳍件的部分鳍件大体上对准平行于该背板主体的该第一表面的该第一及第二磁场的分量量级大于垂直于该背板主体的该第一表面的该第一及第二磁场的分量的位置。
11.如权利要求8所述的装置，其中多个第一鳍件从该背板主体的该第二表面延伸并且耦合至该溅射靶，其中该磁控管产生多个磁场，且其中该多个第一鳍件的每一鳍件被定位成使得该鳍件的中心大体上对准平行于该背板主体的该第一表面的该多个磁场的的分量量级大于垂直于垂直于该背板主体的该第一表面的该多个磁场的的分量的位置。
12.如权利要求8所述的装置，其中多个第一鳍件从该背板主体的该第二表面延伸并且耦合至该溅射靶，其中该多个第一鳍件的每一鳍件与相邻鳍件相隔第一距离，其中该第一距离大约为该溅射靶的一部分的厚度的2至5倍。
13.如权利要求8所述的装置，还进一步包含接合层，其耦合于该靶以及所述一个或多个第一鳍件之间。
14.一种组装溅射靶组件的方法，包含以下步骤将接合材料施加至一个或多个背板主体以及溅射靶；并且将该背板主体以及该溅射靶压在一起，该背板主体具有从其第一表面延伸的一个或多个鳍件并且大体上环绕该背板主体的中央轴线。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包含以下步骤耦合填充材料至该背板主体并且邻近所述一个或多个鳍件的一部分，其中该溅射靶被成形以接受所述一个或多个鳍件并且耦合至所述一个或多个鳍件以及该背板主体。
全文摘要
本发明一般包括可用于射频溅射处理的溅射靶组件。溅射靶组件可包括背板以及溅射靶。背板可成形成具有一个或多个从背板朝溅射靶延伸的鳍件。溅射靶可接合至背板的鳍件。溅射处理期间使用的射频电流将可施加至位于一个或多个鳍件位置的溅射靶。鳍件可于对应于配置在背板后的磁控管所制造的磁场的位置从背板延伸。藉由控制射频电流耦合至对准磁场的溅射靶的位置，可控制溅射靶的腐蚀。
文档编号H01L21/203GK102187431SQ200980141150
公开日2011年9月14日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年10月15日
发明者约翰·C·福斯特, 丹尼尔·J·霍夫曼, 约翰·A·派披托恩, 唐先民, 汪荣军 申请人:应用材料公司