一种靶材组件及其制备方法与流程

1.本发明属于半导体制造领域，尤其涉及一种靶材组件及其制备方法。


背景技术：

2.在超大规模集成电路制造工艺中，磁控溅射(即物理气相沉积，physical vapour deposition，pvd)是在单晶硅片表面沉积形成各种金属薄膜，用于构造各种电子元器件从而实现特定功能的主要方法之一。pvd的主要原理是，在真空腔中氩原子在高能电子的碰撞后变成高速运动的氩离子，轰击靶材表面，被撞击弹出的靶材原子沉积在硅片表面，形成薄膜。
3.常规设计的versa ti靶在pvd溅射使用中有particle(即掉落小颗粒)现象发生率过高的缺点，无法满足先进制程对低缺陷率的要求。
4.cn113897572a公开了一种靶材组件及靶材组件制作方法，通过对靶材边缘圆弧形倒角进行喷砂处理，使得靶材边缘圆弧形倒角凹凸不平，为后续的反溅射层附着提供粗糙面，增强圆弧形倒角与反溅射层之间的吸附力。由于圆弧形倒角本身比平面具有更大的应力集中系数，当圆弧形倒角的半径越小时，应力集中系数越大，因此通过对圆弧形倒角进行喷砂处理，增强圆弧形倒角与反溅射层之间的吸附力，抵消部分圆弧形倒角较小带来的应力集中系数较大的问题，从而可以有效避免反溅射层剥离的同时降低靶材非溅射区边缘的厚度，降低靶材的成本且降低了靶材的使用成本。
5.cn215365965u提供了一种避免异常放电的靶材组件，所述靶材组件包括层叠设置的靶材与背板：所述靶材的溅射面中心设置有圆锥形凸起：所述靶材的边缘为过渡倒角结构：所述过渡倒角结构包括至少2个彼此相接的斜面。所述靶材组件防止了溅射过程中反溅射物的脱落，避免了异常放电现象的发生，保证了溅射环境的安全性，提升了镀膜质量。
6.cn111408917a公开了一种lcd平面靶材机加工工艺。一种lcd平面靶材机加工工艺，包括如下步骤：1)对lcd平面靶材毛坯料的两表面进行加工：2)对lcd平面靶材的溅射面进行半精铣面加工：3)对lcd平面靶材的侧面进行粗加工：4)对lcd平面靶材的溅射面进行精加工：5)对lcd平面靶材的侧面及圆弧角进行精加工。本发明的lcd平面靶材机加工工艺，通过各步加工工艺的控制，可有效解决因应力残留造成lcd平面靶材arcing&splash等异常放电现象，有效控制了靶材在机加工后表面的应力层厚度，保证了靶材在溅射过程中的正常使用。
7.上述方案考虑到传统设计的particle现象，因此对常规versa ti的基础上进行了喷砂、设置特殊凹凸面以及对其边缘轮廓进行了熔射范围延长等的设计，尽管particle现象概率降低，但是又产生了新的arcing(即异常放电)问题，arcing现象会导致晶圆上存在大量缺陷，良率大幅度降低，从而导致其报废的概率较高。因此，需要优化靶材设计，以提升versa ti靶材的合格率。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的ti靶材产生particle现象、arcing现象等导致晶圆上产生缺陷而影响靶材合格率的问题，本发明提供一种靶材组件及其制备方法，设计了靶材边缘轮廓，降低异常现象发生的概率。
9.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
10.第一方面，本发明提供了一种靶材组件，所述靶材组件包括靶材和靶材背板；所述靶材包括具有圆弧形倒角和位于圆弧形倒角上方的凹槽；所述圆弧形倒角以下设置有喷砂区，所述圆弧形倒角以上和位于圆弧形倒角上方的凹槽设置有熔射区，熔射层完全覆盖圆弧形倒角和凹槽，圆弧形倒角被覆盖后与凹槽平齐。
11.本发明提供的靶材组件，在现有靶材轮廓设计的基础上改进了圆弧倒角的以及熔射凹槽的尺寸，使得熔射层能够完全覆盖圆弧形倒角和凹槽，这样在pvd溅射使用时，尽可能的消除由于表面的缺陷或尖锐部位而发生arcing现象的几率；靶材尺寸的适量改动，也避免了熔射层多余或与尖锐部分结合不佳而导致的particle现象过多的缺点。
12.优选地，所述凹槽的深度为0.01-0.2mm，例如可以是0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.18mm或0.2mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
13.优选地，所述圆弧形倒角的圆弧半径为0.5-0.7mm，例如可以是0.5mm、0.52mm、0.55mm、0.58mm、0.6mm、0.62mm、0.65mm、0.68mm或0.7mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14.本发明将传统靶材轮廓上圆弧形倒角的圆弧半径由0.2mm左右扩大到0.5-0.7mm，目的是使轮廓在机加工均匀过渡，使加工后圆弧形倒角更加圆整，降低arcing现象发生的概率。
15.优选地，所述靶材的边缘为过渡倒角结构。
16.优选地，所述靶材的直径为441.75-443.65mm，优选为442.75-443.65mm，进一步优选为443.25-443.65mm，例如可以是441.75mm、442mm、442.25mm、442.5mm、442.65mm、442.75mm、442.9mm、443mm、443.1mm、443.25mm、443.5mm或443.65mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
17.本发明调整了传统靶材的直径，优选将靶材直径缩小0.01-0.2mm，目的是增加与pvd机台腔体中主要零部件的距离，降低两者因为距离过近导致arcing的概率。
18.优选地，所述靶材的材质包括钛。
19.第二方面，本发明还提供了一种如第一方面所述的靶材组件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
20.将靶材的结合面与靶材背板相结合，所述靶材的溅射面边缘具有圆弧形倒角和位于圆弧形倒角上方的凹槽；对所述熔射区进行熔射处理，形成熔射层，圆弧形倒角与凹槽平齐。
21.本发明提供的靶材组件的制备方法，在确保凹槽和圆弧倒角被完全覆盖的前提下，进一步对熔射过程参数做了调整，使熔射后均匀性提升，降低arcing现象的概率。
22.优选地，对所述靠近连接处位置和靶材背板靠近连接处位置进行喷砂处理，形成喷砂区。
23.优选地，所述熔射处理中的电流为240-260a，例如可以是240a、245a、250a、255a或260a，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.优选地，所述熔射处理中的电压为34.5-35.5v，例如可以是34.5v、34.8v、35v、35.2v或35.5v，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25.优选地，所述熔射处理中的喷射气流强度为35-45kpa，例如可以是35kpa、38kpa、40kpa、42kpa或45kpa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.优选地，所述熔射层的厚度为0.01-0.2mm，例如可以是0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.18mm或0.2mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27.本发明缩短了熔射前的凹槽深度，并将熔射厚度控制在0.01-0.2mm均匀覆盖凹槽，目的是使熔射边缘圆弧形倒角被覆盖后消失，从根源上消除arcing现象。
28.作为本发明的一种优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
29.将靶材的结合面与靶材背板相结合，所述靶材的溅射面边缘具有圆弧形倒角和位于圆弧形倒角上方的凹槽；对所述熔射区进行电流为240-260a、电压为34.5-35.5v和喷射气流强度为35-45kpa的熔射处理，形成厚度为0.1-0.2mm的的熔射层，圆弧形倒角被覆盖后消失。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
31.(1)本发明提供的一种靶材组件，延长了传统结构的熔射层完全覆盖圆弧形倒角和凹槽，使得边缘尖锐的r角被均匀覆盖而隐藏，显著降低了ti靶在边缘处arcing概率过高的问题；
32.(2)本发明提供的一种靶材组件，调整了靶材的尺寸，降低靶材与pvd零件由于距离过近而导致的高arcing概率，arcing概率由现有工艺的50％下降到0；
33.(3)本发明提供的一种靶材组件的制备方法，对熔射过程参数做了调整，使熔射后均匀性提升。
附图说明
34.图1为本发明具体实施方式提供的一种靶材组件在熔射前的边缘轮廓横截面示意图。
35.图2为本发明具体实施方式提供的一种靶材组件在熔射后的边缘轮廓横截面示意图。
36.图3为本发明具体实施方式提供的pvd机台内局部示意简图及靶材组件放大图。
37.图4为本发明实施例1提供的靶材组件的sem示意图及局部放大图。
38.图5为本发明实施例1提供的靶材组件的实物横截面图。
39.图6为本发明对比例1提供的一种靶材组件在熔射后的边缘轮廓横截面示意图。
40.图7为本发明对比例1提供的靶材组件的sem示意图及局部放大图。
41.图8为本发明对比例1提供的靶材组件的实物横截面图。
42.其中，1、靶材；2、靶材背板；3、圆弧形倒角；4、凹槽；5、喷砂区；6、熔射区；7、熔射层。
具体实施方式
43.为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
44.需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
46.在一个具体实施方式中，本发明提供了一种靶材组件，如图1所示，熔射之前，所述靶材组件包括靶材1和靶材背板2；所述靶材包括具有圆弧半径为0.5-0.7mm的圆弧形倒角3和位于圆弧形倒角上方且深度为0.01-0.2mm的凹槽4；所述圆弧形倒角3以下设置有喷砂区5，所述圆弧形倒角3以上和位于圆弧形倒角3上方的凹槽设置有熔射区6，如图2所示，熔射之后，熔射层7完全覆盖圆弧形倒角3和凹槽4，圆弧形倒角3被覆盖后与凹槽4平齐；所述靶材的材质包括钛，靶材的边缘为过渡倒角结构，直径为441.75-443.65mm，优选为442.75-443.65mm，进一步优选为443.25-443.65mm。本发明提供的靶材组件在完成加工后进行pvd溅射，pvd机台内局部示意简图如图3所示，图3左侧是溅射过程中靶材组件在机台中的位置，图3右侧是靶材组件放大后的结构示意图。
47.在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种如上述的靶材组件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
48.将靶材的结合面与靶材背板相结合，所述靶材的溅射面边缘具有圆弧形倒角和位于圆弧形倒角上方的凹槽；对所述熔射区进行电流为240-260a、电压为34.5-35.5v和喷射气流强度为35-45kpa的熔射处理，形成厚度为0.1-0.2mm的的熔射层，圆弧形倒角被覆盖后消失。
49.需明确的是，采用了本发明实施例提供的工艺或进行了常规数据的替换或变化均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
50.实施例1
51.本实施例提供一种靶材组件，所述靶材组件包括靶材和靶材背板；所述靶材包括具有圆弧半径为0.6mm的圆弧形倒角和位于圆弧形倒角上方且深度为0.15mm的凹槽；所述圆弧形倒角以下设置有喷砂区，所述圆弧形倒角以上和位于圆弧形倒角上方的凹槽设置有熔射区，熔射层完全覆盖圆弧形倒角和凹槽，圆弧形倒角被覆盖后与凹槽平齐；所述靶材的材质包括钛，靶材的边缘为过渡倒角结构，直径为443.25mm。
52.本实施例还提供一种如上述的靶材组件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
53.将靶材的结合面与靶材背板相结合，所述靶材的溅射面边缘具有圆弧形倒角和位
于圆弧形倒角上方的凹槽；对所述熔射区进行电流为250a、电压为35v和喷射气流强度为40kpa的熔射处理，形成厚度为0.1-0.2mm的的熔射层，圆弧形倒角被覆盖后消失。
54.本实施例提供的靶材组件由于具有均匀的轮廓设计，因此发生arcing现象的概率极低，如图4所示，图4为实施例1提供的靶材组件经过pvd溅射之后的sem图及局部放大图，可以看出，靶材组件的sem图轮廓光滑，无可见瑕疵，sem局部放大图未发现arcing的痕迹，反映了熔射边界均匀性提升，并且表面也无其他异常现象发生；如图5所示，图5为实施例1靶材组件的实物图，可以看出熔射边缘的圆弧形倒角圆润过渡，熔射层7完全覆盖圆弧形倒角(图中已被覆盖)，均匀性明显提升；证明本发明的靶材设计使得均匀性提升，显著降低了arcing现象的概率。
55.本实施例得到的靶材组件，arcing现象的概率为0。
56.实施例2
57.本实施例提供一种靶材组件，所述靶材组件包括靶材和靶材背板；所述靶材包括具有圆弧半径为0.5mm的圆弧形倒角和位于圆弧形倒角上方且深度为0.1mm的凹槽；所述圆弧形倒角以下设置有喷砂区，所述圆弧形倒角以上和位于圆弧形倒角上方的凹槽设置有熔射区，熔射层完全覆盖圆弧形倒角和凹槽，圆弧形倒角被覆盖后与凹槽平齐；所述靶材的材质包括钛，靶材的边缘为过渡倒角结构，直径为441.75mm。
58.本实施例还提供一种如上述的靶材组件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
59.将靶材的结合面与靶材背板相结合，所述靶材的溅射面边缘具有圆弧形倒角和位于圆弧形倒角上方的凹槽；对所述熔射区进行电流为240a、电压为34.5v和喷射气流强度为35kpa的熔射处理，形成厚度为0.1-0.2mm的的熔射层，圆弧形倒角被覆盖后消失。
60.本实施例得到的靶材组件，arcing现象的概率为0。
61.实施例3
62.本实施例提供一种靶材组件，所述靶材组件包括靶材和靶材背板；所述靶材包括具有圆弧半径为0.7mm的圆弧形倒角和位于圆弧形倒角上方且深度为0.2mm的凹槽；所述圆弧形倒角以下设置有喷砂区，所述圆弧形倒角以上和位于圆弧形倒角上方的凹槽设置有熔射区，熔射层完全覆盖圆弧形倒角和凹槽，圆弧形倒角被覆盖后与凹槽平齐；所述靶材的材质包括钛，靶材的边缘为过渡倒角结构，直径为443.65mm。
63.本实施例还提供一种如上述的靶材组件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
64.将靶材的结合面与靶材背板相结合，所述靶材的溅射面边缘具有圆弧形倒角和位于圆弧形倒角上方的凹槽；对所述熔射区进行电流为260a、电压为35.5v和喷射气流强度为45kpa的熔射处理，形成厚度为0.1-0.2mm的的熔射层，圆弧形倒角被覆盖后消失。
65.本实施例得到的靶材组件，arcing现象的概率为0。
66.实施例4
67.本实施例提供一种靶材组件，所述靶材组件与实施例1的区别仅在于，熔射前所述圆弧形倒角的圆弧半径为0.2mm。
68.本实施例得到的靶材组件，arcing现象的概率为0，但会发生particle现象，概率为15.9％。
69.实施例5
70.本实施例提供一种靶材组件，所述靶材组件与实施例1的区别仅在于，熔射前所述凹槽的深度为0.35mm。
71.本实施例得到的靶材组件，arcing现象的概率为17.1％。
72.实施例6
73.本实施例提供一种靶材组件，所述靶材组件与实施例1的区别仅在于，靶材直径为443.75mm。
74.本实施例得到的靶材组件，arcing现象的概率为2.3％。
75.对比例1
76.本对比例提供一种靶材组件，结构如图6所示，所述靶材组件与实施例1的区别仅在于，熔射前所述凹槽的深度为0.35mm，所述圆弧形倒角的圆弧半径为0.2mm。
77.所述靶材组件包括靶材1和靶材背板2；熔射之前，如图6所示，所述靶材包括具有圆弧半径为0.2mm的圆弧形倒角3和位于圆弧形倒角3上方且深度为0.35mm的凹槽4；所述圆弧形倒角3以下设置有喷砂区5，所述圆弧形倒角3以上和位于圆弧形倒角3上方的凹槽设置有熔射区6，熔射之后，如图8所示，熔射层未完全覆盖圆弧形倒角3，因此图中还可以看见明显的尖角结构。
78.本对比例提供的靶材组件由于未进行提升均匀性的设计，因此仍有较高概率发生arcing现象，如图7所示，图7为对比例1提供的靶材组件经过pvd溅射之后的sem图及局部放大图，可以看出，靶材组件的sem图轮廓上有明显楞状起伏，即为横截图上圆弧形倒角的立体结构，而sem局部放大图反映出，熔射边界的圆弧形倒角附近有明显arcing痕迹，证明当不调整凹槽和圆弧倒角的尺寸时，靶材轮廓具有较多不均匀处，使得arcing现象时常发生。
79.本对比例得到的靶材组件，arcing现象的概率为50％。
80.上述实施例1-6和对比例1的靶材组件arcing现象的概率是由发生arcing现象的靶材数量除以靶材生产的总数量得到，当发生arcing现象时机台会发生警告，产品检测时也会观测到arcing现象的痕迹。
81.(1)综合实施例1-3可以看出，本发明提供的靶材组件及其制备方法，在优选条件下能够杜绝arcing现象的发生，arcing现象的概率为0；
82.(2)综合实施例1和实施例4可以看出，实施例1的熔射前所述圆弧形倒角的圆弧半径为0.6mm，而实施例4的熔射前所述圆弧形倒角的圆弧半径为0.2mm；实施例4尽管杜绝了arcing现象，但由于熔射层过厚，又产生particle问题；由此表明，本发明中靶材熔射前圆弧形倒角的圆弧半径需要在适当的范围内才可以获得较好的产品良率；
83.(3)综合实施例1和实施例5可以看出，实施例1的熔射前凹槽的深度为0.35mm，而实施例5的熔射前凹槽的深度为0.35mm；实施例5的凹槽过深导致覆盖不全面，arcing现象的概率尽管有所降低，但无法彻底根除；由此表明，本发明中靶材熔射前所述凹槽的深度需要在适当的范围内才可以杜绝了arcing现象；
84.(4)综合实施例1和实施例6可以看出，实施例1的靶材直径为443.25mm，而实施例6的靶材直径为443.75mm；实施例6的靶材直径与现有设计相同，arcing现象的概率尽管有所降低，但由于与溅射腔体内部组件距离较近，arcing现象仍有一定概率发生；由此表明，本发明中靶材直径缩小至一定范围有利于降低arcing概率；
85.(5)综合实施例1和对比例1可以看出，实施例1同时将现有靶材的形状重新设计，即对熔射前凹槽的深度和圆弧形倒角的圆弧半径以及靶材直径进行优选设计，使得熔射层能以适当的厚度覆盖靶材的尖角结构，杜绝了arcing现象和particle现象的发生，而对比例1靶材轮廓具有较多不均匀处，使得arcing现象发生概率高达50％；由此表明，本发明使versa ti靶的arcing问题得到解决。
86.综上所述，本发明提供的靶材组件及制备方法，改进了靶材轮廓和整体的尺寸，并调整了制备时的工艺参数，全面提升了靶材的均匀性，从而降低了靶材溅射时发生arcing现象的概率，提升了产品良率。
87.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。