用于在钛钨靶材中的小结控制的方法和设备与流程

本公开内容的实施方式通常涉及基板处理系统。

背景技术：

钨和钛膜经常地使用于半导体器件的制造中，例如，作为在硅基板和铝合金金属化之间的扩散阻挡物。钛-钨(tiw)膜由溅射钛-钨靶材而形成。

在溅射处理期间，钛-钨材料从靶材的表面溅射并沉积至与靶材的表面相对设置的基板上。然而，发明人已经观察到当来自靶材的中央部分的材料被溅射和再沉积于靶材面的外侧周边边缘上而非基板上时，小结可能形成在靶材的溅射面上。而且，小结具有易于剥落并产生颗粒的倾向，这可能污染且不利地影响在基板上的所沉积钛-钨膜的品质。

因此，发明人已经提供用于控制钛-钨(tiw)靶材小结形成的改良的方法和设备。

技术实现要素：

本公开内容的实施方式包括用于控制钛-钨(tiw)靶材小结形成的方法和设备。在一些实施方式中，一种靶材包括：源材料，所述源材料主要地包括钛(ti)和钨(w)，所示源材料由钛粉末和钨粉末的混合物所形成，其中主要数量的所述钛粉末的晶粒尺寸小于或等于主要数量的所述钨粉末的晶粒尺寸。

在一些实施方式中，一种形成钛-钨(ti-w)靶材的方法包括以下步骤：混合钨粉末和钛粉末以形成混合物，其中在混合物中的主要数量的钛粉末的晶粒尺寸小于或等于主要数量的钨粉末的晶粒尺寸；压紧所述混合物；和加热所述混合物以形成所述靶材。

在一些实施方式中，一种从靶材移除多个小结的方法包括以下步骤：(a)将靶材曝露至惰性气体，其中所述靶材包括源材料，所述源材料主要地包括钛(ti)和钨(w)，所述源材料由钛粉末和钨粉末的混合物所形成，且其中主要数量的钛粉末的晶粒尺寸小于或等于主要数量的钨粉末的晶粒尺寸；(b)以第一功率施加dc功率至所述靶材，以点燃所述惰性气体以形成等离子体；和(c)将施加至所述靶材的所述dc功率增加至第二功率，以从所述靶材移除多个小结。

本公开内容的其他和进一步的实施方式说明于下。

附图说明

可参考附图中描绘的本公开内容的例示性的实施方式来理解本公开内容的以上简要概述和以下更详细描述的实施方式。然而，附图仅示出了本公开内容的典型实施方式，并因此将不被视为对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其它等效的实施方式。

图1描绘了根据本公开内容的一些实施方式的具有靶材组件的处理腔室的示意性截面图。

图2描绘了根据本公开内容的一些实施方式的控制钛-钨(tiw)靶材小结的方法。

为促进理解，已尽可能使用相同的参考数字来指示附图中共通的相同元件。附图并未依照尺寸而绘制且为了清楚而可被简化。一个实施方式的元件和特征可有利地并入于其他实施方式中而无需进一步赘述。

具体实施方式

本公开内容的实施方式包括用于控制钛-钨(tiw)靶材小结形成的方法和设备。在本公开内容的实施方式中，在钛-钨(tiw)靶材上小结的形成可通过靶材原始材料晶粒尺寸的控制和通过可选择的周期性清洁工艺而被有利地减少、消除或实质地消除。在本公开内容的实施方式中，靶材晶粒尺寸控制有利地防止或延迟小结形成，而清洁工艺有利地移除在靶材的表面上所产生的任何小结。

图1描绘了物理气相沉积(pvd)腔室100的简化、截面图。pvd腔室100包括根据本公开内容的一些实施方式的基板支撑件106。适合根据在此所提供的教导而修改的pvd腔室的例子包括具有非常高频率(vhf)源的腔室、plus和sippvd处理腔室，两者均可从加州圣克拉拉市的应用材料公司商业取得。来自应用材料公司或其他制造商的其他处理腔室也可受益于根据在此所公开的创造性的设备的修改，且可被用以实施在此所公开的创造性的方法的实施方式。

在一些实施方式中，pvd腔室100包括腔室盖101，腔室盖101设置于腔室主体104的顶上且可从腔室主体104移除。腔室盖101可包括靶材组件102和接地组件103。

靶材组件102包括靶材114。靶材114可包括源材料113和用以支撑源材料113的背板162。源材料113可如图1中所示被设置于背板162的面向基板支撑件侧上。背板162可包括导电材料，诸如铜-锌、铜-铬，或与靶材相同的材料，使得rf和dc功率可经由背板162而被耦接至源材料113。可选地，背板162可为不导电的，且可包括诸如电气接头(electricalfeedthroughs)或类似物的导电元件(未示出)。

源材料113于溅射期间被沉积于基板上，所述基板诸如基板108(例如，半导体或其他材料的晶片)。在一些实施方式中，源材料113主要包括钛(ti)和钨(w)。在一些实施方式中，源材料113由钛(ti)和钨(w)所组成，或实质上由钛(ti)和钨(w)所组成。在一些实施方式中，靶材114的源材料113包括约90重量百分比的钨(w)和约10重量百分比的钛(ti)。在一些实施方式中，靶材114的源材料113具有至少约98％的密度(即，重量/体积)。在一些实施方式中，靶材114具有至少5n的纯度(即，99.999％纯度)。

一般地，钛-钨靶材通过混合钨原始材料粉末和钛原始材料粉末而制成。所产生的混合物使用合适的成形方法(诸如惰性气体热压法、真空热压法、热等静压法、冷压法/烧结法，或类似方法)而被压紧和加热。发明人已经观察到一旦靶材114的表面形成富钛或富钨区域，则小结倾向形成。发明人已经进一步观察到调整钨原始材料粉末的平均晶粒尺寸和钛原始材料粉末的平均晶粒尺寸可减少富钛或富钨区域，并因此有利地减少或消除小结形成。

在一些实施方式中，主要数量的钛粉末的晶粒尺寸小于或等于主要数量的钨粉末的晶粒尺寸。在一些实施方式中，钛粉末的平均晶粒尺寸小于或等于钨粉末的平均晶粒尺寸。在一些实施方式中，实质上全部的钛粉末的晶粒尺寸小于或等于实质上全部的钨粉末的晶粒尺寸。例如，在一些实施方式中，钛晶粒的平均晶粒尺寸小于约30μm，或在一些实施方式中小于约20μm。在一些实施方式中，钨晶粒的平均晶粒尺寸约20μm至约45μm。在一些实施方式中，钛粉末的平均晶粒尺寸和钨粉末的平均晶粒尺寸各自约20μm至约30μm。在一些实施方式中，在形成靶材之后，靶材可具有约60μm的平均钛-钨晶粒尺寸。

发明人已经发现使用具有如以上所讨论的晶粒尺寸的钛粉末和钨粉末而形成的靶材有利地减少或消除在靶材114上的小结的形成。此外，发明人已经进一步观察到如以上所述而形成的靶材的寿命预料不到地且有利地增加约五倍(例如，从约70千瓦-小时增加至约350千瓦-小时)。

在一些实施方式中，实施可选择的周期性清洁工艺以移除在源材料113的表面上所产生的小结。图2描绘了根据本公开内容的一些实施方式的移除在源材料113的表面上所形成的小结的方法200。

上述方法通常开始于步骤202，其中靶材114被曝露至惰性气体，诸如氩气、氦气或类似物。在一些实施方式中，惰性气体以合适的流率而提供，例如约200sccm。

于步骤204，dc功率被以足以点燃惰性气体并在第一容积120中形成等离子体的第一功率施加至靶材114。在一些实施方式中，第一功率为约500瓦。在一些实施方式中，靶材114被曝露于由惰性气体所形成的等离子体约2秒。

于步骤206，施加至靶材的dc功率被增加至第二功率，以从靶材114移除小结。在一些实施方式中，第二功率为约1000瓦。在一些实施方式中，靶材114被以第二功率而曝露至由惰性气体所形成的等离子体约600秒。

方法200可在处理预定数量的基板108的一个或多个之后、预定数量的靶材寿命时数之后、观察颗粒的增加之后、或类似情况之后而实施。例如，在一些实施方式中，方法200可在处理每12个基板之后，或在靶材使用100千瓦-小时之后、或上述情况的组合之后而实施。在一些实施方式中，步骤202-206可被重复一段时间以适于从靶材114移除全部或实质全部的小结。发明人已经进一步观察到从如以上所述的钛粉末和钨粉末的混合物所形成的、并受方法200控制的靶材的靶材寿命可有利地且预料不到地增加约7倍(例如，从约70千瓦-小时增加至约500千瓦-小时)。

返回至图1，腔室主体104包括用以接收基板108于其上的基板支撑件106。基板支撑件106可位于下接地外壳壁110内，下接地外壳壁110可为腔室主体104的腔室壁。下接地外壳壁110可被电性地耦接至腔室盖101的接地组件103，使得rf返回路径被提供至设置在腔室盖101的上方的rf电源182。可选地，其他rf返回路径是可能的，诸如从基板支撑件106行进通过处理配件屏蔽件(如，以下所讨论的屏蔽件138)并最终回到腔室盖101的接地组件103的rf返回路径。rf电源182可如以下所讨论的提供rf功率至靶材组件102。

基板支撑件106具有面向靶材114(或源材料)的主要表面的材料接收表面，并在与靶材114的主要表面相对的平面位置中支撑待由来自靶材114的材料溅射涂布的基板108。在一些实施方式中，基板108可通过真空或静电吸引而被保持在基板支撑件106上。在一些实施方式中，基板支撑件106可包括可被用以提供静电夹持功率或rf偏压功率至基板支撑件106的电极(未示出)。

基板支撑件106可支撑基板108于腔室主体104的第一容积120中。第一容积120可为腔室主体104的内部容积的一部分，所述部分在处理基板108期间用以处理基板108且可与内部容积的剩余部分(如，非处理容积)分离。第一容积120被界定为于处理期间在基板支撑件106的上方的区域(例如，当在处理位置中时，在靶材114和基板支撑件106之间)。

在一些实施方式中，基板支撑件106可被垂直地移动，以允许待传送至基板支撑件106上的基板108通过在腔室主体104的下部分中的负载锁定阀，或开口(未示出)，并接着为了特别的应用而升高或降低。可提供连接至底腔室壁124的波纹管122以维持腔室主体104的内部容积与腔室主体104外侧的大气分离。一种或多种气体可从气源126通过质流控制器128而被供应至腔室主体104的下部分。排气口130可被提供并经由阀132而耦接至泵(未示出)，用以将腔室主体104的内侧排空，并用以促进维持在腔室主体104内侧的预定压力。

腔室主体104进一步包括处理配件142。处理配件可包括第一环143(即，沉积环)和第二环144(即，覆盖环)。在一些实施方式中，第一环143为绕基板支撑件106的环形环，以屏蔽侧壁和基板支撑件106的周边边缘免于工艺沉积物。在一些实施方式中，第二环144为设置于第一环143的上方的环形环，且通常用以防止在基板下方的沉积和帮助控制在基板的边缘处或基板的边缘的下方的沉积。在一些实施方式中，第一环143和第二环144可具有其他合适的配置，这取决于基板和基板支撑件的几何形状。

腔室主体104进一步包括处理配件屏蔽件，或屏蔽件138，以环绕腔室主体104的处理或第一容积，并保护其他的腔室部件免于损坏和/或来自处理的污染。在一些实施方式中，屏蔽件138可为连接至腔室主体104的上接地外壳壁116的突出部分(ledge)140的接地屏蔽件。

屏蔽件138向下延伸且可包括一个或多个侧壁139，所述一个或多个侧壁139经配置以围绕第一容积120。第二环144放置于屏蔽件138的底部u形部分的顶部上。在一些实施方式中，如在图1中所示，屏蔽件138的侧壁139是实质上垂直的，以提供具有大半径的平坦区域，以防止可能黏着至屏蔽件的侧壁139的所溅射的靶材材料的剥离。

在一些实施方式中，磁体152可绕腔室主体104而设置，以选择性地在基板支撑件106和靶材114之间提供磁场。例如，如在图1中所示，磁体152可绕下接地外壳壁110的外侧而设置于在当于处理位置中时刚好在基板支撑件106的上方的区域中。在一些实施方式中，磁体152可额外地或可选地设置于其他位置，诸如邻近于上接地外壳壁116。磁体152可为电磁铁且可被耦接至电源(未示出)，用以控制由电磁铁所产生的磁场的强度。

腔室盖101通常包括绕靶材组件102而设置的接地组件103。接地组件103可包括可为通常平行于并与靶材组件102的背侧相对的接地板156。接地屏蔽件112可从接地板156延伸并围绕靶材组件102。

靶材组件102可包括与靶材114的背侧相对并沿着靶材114的周边边缘而电性耦接至靶材114的源分配板158。导电构件164可设置在源分配板158和靶材114的背侧之间，以将rf能量从源分配板158传播至靶材114的周边边缘。

绝缘间隙180提供在接地板156和源分配板158、导电构件164以及靶材114(和/或背板162)的外侧表面之间。绝缘间隙180可充填有空气或一些其他合适的介电材料，诸如陶瓷、塑料或类似物。

在一些实施方式中，靶材组件102可具有连接至电极154(如，rf馈送结构)的rf电源182。rf电源182可包括rf产生器和匹配电路，例如)，以最小化在操作期间反射回至rf产生器的反射rf能量。例如，由rf电源182所供应的rf能量可在从约13.56mhz至约162mhz或更高的频率范围中。例如，可使用非限制性的频率，诸如13.56mhz、27.12mhz、60mhz或162mhz。

在一些实施方式中，第二能量源183可被耦接至靶材组件102，以于处理期间提供能量至靶材114。在一些实施方式中，第二能量源183可为dc电源，以提供dc能量，例如，以增强靶材材料的溅射率(且因此增强在基板上的沉积率)。在一些实施方式中，第二能量源183可为第二rf电源(类似于rf电源182)以例如第二频率提供rf能量，所述第二频率不同于由rf电源182所提供的rf能量的第一频率。在第二能量源183为dc电源的实施方式中，第二能量源可在适合将dc能量电性耦接至靶材114的任何位置中(诸如电极154或一些其他导电构件)被耦接至靶材组件102。在第二能量源183为rf电源的实施方式中，第二能量源可经由电极154而耦接至靶材组件102。

靶材组件102可包括设置在靶材114的背侧和源分配板158之间的腔170。腔170可至少部分地容纳磁控管组件196。在一些实施方式中，腔170可被至少部分地充填冷却流体192，诸如水(h2o)或类似物。磁控管组件196的一个或多个部分可被至少部分地设置于腔170内。磁控管组件提供紧邻于靶材的旋转磁场，以帮助在腔室主体104内的等离子体处理。在一些实施方式中，磁控管组件196包括耦接至磁体支撑构件172的多个磁体188，磁体支撑构件172可在腔170内旋转。

虽然前述内容涉及公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可以设计本公开内容的其他和进一步的实施方式。