CN102912301A

CN102912301A - 一种溅射靶材

Info

Publication number: CN102912301A
Application number: CN2011102227961A
Authority: CN
Inventors: 闵炼锋
Original assignee: CSMC Technologies Corp
Current assignee: CSMC Technologies Corp
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明涉及一种溅射靶材，包括靶材本体和设置在所述靶材本体上的凸起，所述凸起的表面凹凸不平，所述凸起的高度的变化规律与溅射粒子在靶材各区域的撞击频率的变化规律一致。本发明实施例提供的靶材，在前段消耗中，靶材各处与机台之间距离差距的逐渐减小，所生产的不同批硅片的薄膜厚度的不均匀度逐渐降低；而在后段消耗中，靶材各处与机台之间距离差距的增大，所生产的不同批硅片的薄膜厚度的不均匀性逐渐提高。使用本发明所提供的靶材，从整体上看，在采用同一个靶材形成的所有薄膜中，薄膜厚度的均匀性先提高后降低，前后平均后，提高了整体薄膜厚度的均匀性，从而提高了采用同一个靶材溅射形成的薄膜的电阻的均匀性。

Description

一种溅射靶材

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种溅射靶材。

背景技术

在半导体器件制造过程中，需要应用薄膜沉积技术，薄膜沉积技术主要有两个方向：一为化学气相沉积法(Chemical VaporDeposition)，简称为CVD；二为物理气相沉积法(Physical VaporDeposition)，简称PVD。其中PVD沉积技术包括蒸镀和溅镀，后者是在一个等离子的腔体中，等离子轰击靶材，释放出靶材原子，这些被撞击出来的靶材原子沉积在硅片表面，该过程称为溅射。

在实际生产过程中，当一个靶材达到其自身的使用寿命时，对采用该靶材进行淀积的不同批次的薄膜的电阻均匀性进行检测后发现，采用同一个靶材淀积的所有硅片的薄膜中，薄膜的电阻均匀性很差。

以半导体器件生产过程中的金属溅射过程为例，图1为在同一个靶材的使用寿命时间内，不同批次的薄膜的电阻均匀性的变化情况，横坐标为使用时间，纵坐标表示同一批次硅片中淀积的薄膜的电阻不均匀度的百分比，从图中可以看出，随着靶材使用时间的延长，同一批次硅片中的薄膜的电阻均匀性逐渐变差，即表示薄膜电阻不均匀度的百分比越来越大。

从靶材使用的长期效果和整个生产过程来看，如何提高采用同一个靶材溅射得到的薄膜电阻的均匀性是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种溅射靶材，提高了采用同一个靶材溅射形成的薄膜的电阻的均匀性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种靶材，包括靶材本体和设置在所述靶材本体上的凸起，所述凸起的表面凹凸不平，所述凸起的高度的变化规律与溅射粒子在靶材各区域的撞击频率的变化规律一致。

优选的，所述凸起中凸出的区域为溅射粒子撞击频率大的区域，所述凸起中凹陷的区域为溅射粒子撞击频率小的区域。

优选的，所述靶材本体的横截面为圆形。

优选的，所述靶材本体和所述凸起为一体成型结构。

优选的，所述靶材的材质为铝-铜合金。

优选的，所述铝-铜合金中铝的质量百分含量为99.5％，铜的质量百分含量为0.5％。

优选的，所述凸起为环形凸起。

优选的，所述靶材的材质为钛。

相对上述背景技术，本发明所提供的靶材，包括靶材本体和设置在所述靶材本体上的凸起，所述凸起高度的变化规律与溅射粒子在靶材各区域的撞击频率的变化规律一致。靶材使用时，撞击频繁的部位靶材消耗较快，撞击不频繁的部位靶材消耗较慢，而靶材上的凸起高度变化规律与撞击频率的变化规律一致，即撞击频繁的部位凸起的高度就较高，撞击不频繁的部位凸起的高度就较低，因此，在凸起的消耗过程中(即前段消耗中)就会出现平整的面，此时凸起消耗完毕，然后靶材本体继续消耗(即后段消耗中)出现凹槽，直至凹槽达到一定的深度(即靶材的所允许使用的范围)。

由于薄膜的厚度与机台和靶材之间的距离有关，在靶材的前段消耗中，靶材各处与机台之间距离差距的逐渐减小，所生产的不同批硅片的薄膜厚度的不均匀度逐渐降低，即均匀度逐渐提高；而在靶材的后段消耗中，随着凹槽的出现、加深，即靶材各处与机台之间距离差距的增大，所生产的不同批硅片的薄膜厚度的不均匀性逐渐提高，即均匀度逐渐降低。使用本发明所提供的靶材，从整体上看，在采用同一个靶材形成的所有薄膜中，薄膜厚度的均匀性先提高后降低，前后平均后，提高了整体薄膜厚度的均匀性，从而提高了采用同一个靶材溅射形成的薄膜的电阻的均匀性。同时，由于凸起的设置，还延长了靶材的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中PVD后金属薄膜的电阻均匀性变化曲线示意图；

图2为溅射靶材使用之初的结构示意图；

图3为溅射靶材达到寿命要求后的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的溅射靶材的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的溅射靶材使用一段时间后的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的溅射靶材达到寿命要求后的结构示意图；

图7为本发明实施例中PVD后金属薄膜的电阻均匀性变化曲线示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，从长期效果来看，现有技术中采用同一个靶材，生产的不同批次硅片的薄膜的均匀性逐渐变差。

下面结合溅射过程中靶材的消耗过程对出现该问题的原因进行分析，参见图2和图3，以金属薄膜的溅射过程为例，图2为溅射靶材使用之初的结构示意图，图3为溅射靶材达到寿命要求后的结构示意图。

靶材使用之初，溅射靶材1(以下简称靶材)具有光滑、平整的溅射面11，该靶材1使用时，溅射粒子(等离子体)轰击该光滑、平整的溅射面11，靶材1释放出靶材原子，这些被撞击出来的靶材原子沉积在硅片表面。当靶材1使用一段时间后，由于靶材原子的释放，靶材1的厚度变薄；还由于溅射过程中带电的等离子撞击溅射面11的角度、频率及能量等有所不同，因此靶材1被频繁撞击的部位厚度变薄较快，反之厚度变薄较慢，进而就出现了凹槽12。

由于淀积的薄膜的厚度与机台2和靶材1之间的距离和淀积时间有关，因此随着凹槽12的出现、凹槽12深度的增加，即靶材溅射面11各处与机台2之间距离差距增大，在同样的淀积时间内，薄膜的厚度会越来越薄，这样就会导致在一个靶材的使用寿命时间内，所生产的不同批次硅片的薄膜的厚度是不同的，甚至同一批次的薄膜的厚度也存在差别，即采用同一个靶材生产的所有硅片中，薄膜厚度的均匀性很差，从而导致薄膜电阻的均匀性很差。

基于以上现象，发明人对靶材上的凹槽的形成原因进行研究，发现这些靶材上的凹槽对应位于每一个靶材上的位置大致相同，据此，可以推断：这些靶材上凹槽所对应的位置为溅射过程中受等离子撞击比较频繁的部位。

至此，发明人研究发现，出现上述问题的根本原因是，在溅射过程中，溅射粒子撞击靶材各区域的频率不同，随着溅射过程的进行，靶材表面不再平整，而是出现凹凸不平的现象，在溅射粒子撞击频率大的地方就会出现凹槽，在凹槽区域，靶材溅射面与机台之间距离就会增大，撞击出的粒子沉积到硅片表面所需的时间就会延长，但由于在同一结构的溅射过程中，不同批次的硅片的淀积时间是相同的，从而导致在不同批次中，淀积的薄膜厚度越来越薄，薄膜的厚度不同，电阻必然不同。因此，从长期效果来看，采用同一个靶材淀积的所有硅片的薄膜中，薄膜的电阻均匀性很差。

因此，发明人考虑，可通过对靶材上被溅射粒子撞击频率大的区域进行加厚，来减小溅射过程中靶材与机台之间的距离差距，从而提高金属薄膜的均匀性。

下面结合附图详细描述本发明所提供的靶材。参考图4、图5和图6，图4为本发明实施例所提供的溅射靶材的结构示意图；图5为本发明实施例所提供的溅射靶材使用一段时间后的结构示意图；图6为本发明实施例所提供的溅射靶材达到寿命要求后的结构示意图。

本发明所提供的靶材包括靶材本体31和设置在靶材本体31上的凸起32，凸起32高度的变化规律与撞击频率的变化规律一致。工作时，等离子轰击靶材的一个表面，在此不妨将该被轰击的面定义为溅射面，对于本发明所提供的靶材在未被使用前，凸起32向外凸出的曲面即为溅射面。

靶材使用时，撞击频繁的部位靶材消耗较快，撞击不频繁的部位靶材消耗较慢，而靶材上的凸起32高度变化规律与撞击频率的变化规律一致，即撞击频繁的部位，凸起32的高度就较高，撞击不频繁的部位，凸起32的高度就较低，因此，在凸起32的消耗过程中(即前段中)溅射面就会向外凸出的曲面逐渐平整，直至溅射面为平整的平面，此时凸起32消耗完毕，然后靶材本体31继续消耗(即后段中)出现凹槽33，此时溅射面为向内凹的曲面，直至凹槽33达到一定的深度(即靶材的所允许使用的范围)。

由于金属薄膜的厚度与机台2和靶材之间的距离有关，在前段中，靶材各处与机台2之间距离差距的逐渐减小，所生产的不同批硅片的金属薄膜厚度的不均匀度逐渐降低，即均匀性逐渐提高；而在后段中，与背景技术相同，随着凹槽33的出现、加深，即靶材各处与机台2之间距离差距的增大，所生产的不同批硅片的金属薄膜厚度的不均匀度逐渐提高，即均匀性逐渐降低。使用本发明所提供的靶材，金属薄膜厚度的均匀性先提高后降低，均匀性前后平均之后，提高了金属薄膜厚度的均匀性，从而提高了采用同一个靶材溅射形成的薄膜的电阻的均匀性。同时由于凸起31的设置，还提高了靶材的使用寿命。

下面对本发明所提供的靶材在其使用范围内所生产的不同批次的硅片进行金属薄膜电阻大小的检测，计算出不同批次的电阻均匀性，并绘制电阻均匀性的变化曲线，如图7所示，在靶材的使用范围内，金属薄膜的电阻均匀性百分比逐渐变小，达到最小值后又逐渐变大，即金属薄膜厚度的均匀性先提高，然后又逐渐变差，相对于背景技术，提高了金属薄膜厚度的均匀性，即提高了薄膜电阻的均匀性。

另外，一般本领域技术人员会将靶材本体31的形状设置为圆柱体，即：此处所说的靶材本体31即为现有技术中常见的(新的)靶材。本发明实施例所提供的靶材是在现有靶材的基础上做了相应改进而形成的。

此外，靶材本体31与凸起32之间可以加工为分体式结构，然后进行固定，也可以直接加工为整体式结构，本发明实施例中优选靶材本31和凸起32为一体成型结构。

在半导体器件的生产过程中，使用到溅射工艺的过程通常为金属的沉积过程，一般靶材可以是金属钛淀积过程中使用的钛靶材，还可以是铝-铜合金层淀积过程中使用的铝-铜合金靶材，下面简单介绍一下铝-铜合金靶材。

另外，本领域技术人员可以将凸起32设置为环形凸起，还可以将凸起32的个数设置为3，本发明实施例中的靶材为铝-铜合金靶材，所述铝-铜合金中铝的质量百分含量为99.5％，铜的质量百分含量为0.5％。

在上述实施例的基础上，还可以设置3个凸起与靶材本体31中心的距离之比为1∶2∶3，即：这3个凸起沿靶材本体31的中心向外延伸成等间距排列。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种溅射靶材，其特征在于，包括靶材本体和设置在所述靶材本体上的凸起，所述凸起的表面凹凸不平，所述凸起的高度的变化规律与溅射粒子在靶材各区域的撞击频率的变化规律一致。

2.根据权利要求1所述的靶材，其特征在于，所述凸起中凸出的区域为溅射粒子撞击频率大的区域，所述凸起中凹陷的区域为溅射粒子撞击频率小的区域。

3.根据权利要求2所述的靶材，其特征在于，所述靶材本体的横截面为圆形。

4.根据权利要求3所述的靶材，其特征在于，所述靶材本体和所述凸起为一体成型结构。

5.根据权利要求1至4任一项所述的靶材，其特征在于，所述靶材的材质为铝-铜合金。

6.根据权利要求5所述的靶材，其特征在于，所述铝-铜合金中铝的质量百分含量为99.5％，铜的质量百分含量为0.5％。

7.根据权利要求6所述的靶材，其特征在于，所述凸起为环形凸起。

8.根据权利要求1至4任一项所述的靶材，其特征在于，所述靶材的材质为钛。