[發明專利]具有逆向侵蝕輪廓表面的濺射靶、濺射系統、及其使用方法

有效

• 申請號: 201210293401.1
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN102953038A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 闕嘉良;陳國洲;李仁鐸;孟憲梁;林俊維
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本發明涉及包括磁控濺射系統、濺射靶和用于使用物理汽相沉積在襯底上濺射鍍膜的方法的磁控濺射涂覆技術領域。

背景技術

磁控濺射通常用于使用物理汽相沉積(PVD)涂覆具有膜的襯底。濺射鍍膜濺射用于在例如半導體行業、光學行業、數據存儲行業中生產膜，也用于生產功能膜或用于其他用途的涂層。磁控濺射源，更準確地說是磁控陰極濺射源，由于其提供了高沉積速度而被廣泛使用。半導體制造工業使用的半導體晶圓或使用在其他工業的其他工件，被定位在磁控濺射系統的處理腔室中，濺射靶被粘附在系統中，并且產生電場和磁場以引起濺射靶材侵蝕并且使得被釋放的靶材料針對半導體晶圓或其他工件。

尤其是，在濺射陰極中，通過以下方式形成涂覆材料：通過來自等離子放電的高能離子將靶侵蝕，并且被離子釋放的材料形成膜通過物理汽相沉積(PVD)涂覆在襯底上。等離子體放電通常在排空的工藝腔室(即真空腔室)中進行，在具有電勢的工作氣體的氣流控制下，通過陽極和陽極之間的電源來施加電流。

在導電濺射靶材料的標準情況下，利用連續或脈沖負電壓提供靶，使得在靶表面上方形成等離子體。通過在等離子體和濺射靶表面之間形成的電場，來自等離子體的帶正電的離子被加速朝向負偏置的濺射靶表面(即陰極)上，轟擊靶表面，并且通過來自濺射靶的釋放材料引起濺射靶的侵蝕，并且致使材料從靶表面被濺射掉。從經過侵蝕的靶釋放的材料自陰極定向至定位在支撐架上并保持在陽極或陽極附近的半導體襯底或其他工件，藉此涂覆半導體襯底或工件。對于不導電的靶材料，使用高頻電源利用高頻脈沖引起濺射靶的離子轟擊，由此實現靶的濺射侵蝕工藝。

從靶釋放的材料沉積在襯底上，其與濺射靶中含有的成分基本相同。

在磁控濺射系統中，靶上方的等離子濃度通過磁場猛烈增加。由磁場產生的高等離子濃度區域中的離子，具備了高能量。磁場由安裝在靠近濺射靶并且相對于濺射靶具有固定位置的磁體的陣列產生。磁體裝置通常設置在濺射靶旁邊濺射靶濺射表面的對面，并且在工藝腔室的外部。因為靶支架相對于磁體裝置具有固定的位置，當磁控濺射系統運行時，由磁體裝置產生的磁力線相對于磁體和相對于濺射靶具有固定的位置。靶可采用各種幾何形狀，諸如橢圓形、圓形、或者長方形。被涂覆的單個或多個襯底在涂覆過程中可以移動或者靜止。

然而，在傳統的磁控濺射系統中，靶具有不平坦侵蝕輪廓。無論其形狀如何，靶在相對于固定的磁體裝置產生的固定的磁場的特定位置優先侵蝕。當磁體裝置位于濺射靶的后面時，由此產生的磁場形成閉環圓形路徑作為重塑電子運動軌跡的電子陷阱。通過磁體裝置形成的磁力線決定濺射靶的侵蝕模式，這是因為建立等離子體釋放的電子的能量是由磁場給予的，并且以相對于磁力線成90度角的方向被加速。一旦將侵蝕面建立在靶表面上，其在整個靶壽命中保持不變。

靶的不平坦侵蝕輪廓可導致沉積膜(即涂層)的平坦性差。

靶實際上由靶材料組成，靶材料作為涂層被濺射，沉積在可以是鐵磁或其他金屬材料的墊板上。當靶上特定位置的空間優先侵蝕引起這些位置的靶材料被徹底消耗而背襯材料被暴露時，問題產生了。尤其是，濺射靶的墊板的材料被等離子體離子擊中而被侵蝕，形成了涂層的不期望的部分。這會污染涂層和系統。因此，必須使得在所有位置上的靶材料被完全消耗之前，改變該靶。這導致在靶的頻繁處置中非侵蝕部分中可用的靶材料的部分仍舊非常厚，造成無效成本。

明顯地，期望避免這種情況并增加整個靶的利用率，并且確保襯底上的涂層平坦。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種濺射靶，能夠與磁控濺射系統中的磁體裝置一起使用，并且包括設置在平坦墊板上方的靶材料，所述靶材料具有包括較厚部分和較薄部分的不平坦上濺射表面。

在該濺射靶中，所述較厚部分的厚度至少是所述較薄部分的厚度的1倍，并且所述不平坦上濺射表面的厚度在所述較薄部分和所述較厚部分之間逐漸變化。

在該濺射靶中，所述靶材料包括與所述平坦墊板相接合的平坦底表面。

在該濺射靶中，當所述濺射靶被安裝在所述磁控濺射系統中時，所述較薄部分被設置在磁體裝置的磁極上方，并且當所述濺射靶被安裝在所述磁控濺射系統中時，所述較厚部分被設置在所述磁體裝置的磁極之間。

在該濺射靶中，所述磁體裝置包括具有穿過所述靶延伸的弧形橫截面的磁場，并且所述弧形在相對于所述不平坦上濺射表面的橢圓形方向上延伸。

在該濺射靶中，所述濺射靶的形狀為圓形，并且其中，每一個所述較薄部分和每一個所述較厚部分都圍繞著所述濺射靶弓形地延伸。