CN106282940B - 避免边缘长瘤的靶材结构 - Google Patents

Abstract

一种避免边缘长瘤的靶材结构，包括：靶材，包括与带电粒子发生碰撞的溅射面，所述溅射面的尺寸与所述带电粒子束宽相当；背板，用于固定所述靶材。本发明通过使所述溅射面尺寸与所述带电粒子束宽相当，使所述靶材结构的溅射面位于带电粒子撞击密度较大的中心区域，从而提高所述溅射面边缘位置受到溅射的几率，使位于边缘位置的残留物能够在溅射过程中被去除，避免了残留物在溅射过程中脱落损伤基底的可能，从而能够提高半导体器件制造的良品率。

Description

避免边缘长瘤的靶材结构

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种避免边缘长瘤的靶材结构。

背景技术

在半导体器件的制造工序中，往往需要形成各种膜层。钛由于具有特殊的金属性质，而以金属膜或者合金膜，硅化物膜或氮化物膜等形式应用于大量的电子设备中。通常情况下，形成钛及其钛化物膜的过程中，常采用溅射或真空镀膜等物理蒸镀方法形成。其中最广泛使用的是溅射工艺。

溅射工艺是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)中的一种，用于在基底表面形成各种功能膜层。具体地，利用带电粒子轰击靶材，经加速的粒子轰击固体表面时，粒子与固体表面原子发生碰撞，产生能量和动量的转移，使靶材表面原子从靶材表面溢出并沉积在基底表面形成膜层。

参考图1至图2，示出了采用钛靶进行溅射沉积氮化钛膜层工艺过程中各个步骤的示意图。需要说明的是，此处以采用钛靶进行溅射沉积氮化钛膜层的过程为例进行说明。

参考图1，在溅射初期，钛靶10暴露在氮气11的气氛中。在氮气11环境中，钛靶10表面会形成厚度很小的氮化钛层12。

参考图2，在溅射过程中，经加速的带电粒子13撞击钛靶10表面的氮化钛层12，带电粒子13与氮化钛层12发生碰撞，产生能量和动量的转移，钛靶表面的原子14从钛靶10表面溢出并沉积在基底表面形成氮化钛膜层。

但是现有技术中使用的靶材，在使用后容易在靶材表面形成残留物。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种避免边缘长瘤的靶材结构，减少靶材在使用后表面形成的残留。

为解决上述问题，本发明提供一种避免边缘长瘤的靶材结构，包括：

靶材，包括与带电粒子发生碰撞的溅射面，所述溅射面的尺寸与所述带电粒子束宽相当；

背板，用于固定所述靶材。

可选的，所述靶材为钛靶。

可选的，所述靶材的溅射面为圆形。

可选的，所述溅射面的直径在302.68mm到302.94mm范围内。

可选的，所述靶材平行于溅射面的横截面为圆形。

可选的，所述靶材还包括垂直于所述溅射面的侧壁，所述侧壁与所述溅射面之间以斜面相连，所述斜面与所述溅射面的连接处与所述侧壁之间的距离在7.87mm到8.13mm范围内。

可选的，所述靶材还包括位于所述侧壁上的凸起，用于固定所述靶材。

可选的，所述背板包括用于容纳所述靶材的凹槽，所述凹槽侧壁具有凹坑，所述凹坑与所述靶材侧壁上的凸起相配合以固定所述靶材。

可选的，所述背板为铜背板或铜合金背板。

可选的，所述背板包括用于容纳所述靶材的凹槽。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明通过使所述溅射面尺寸与所述带电粒子束宽相当，使所述靶材结构的溅射面位于带电粒子撞击密度较大的中心区域，从而提高所述溅射面边缘位置受到溅射的几率，使位于边缘位置的残留物能够在溅射过程中被去除，避免了残留物在溅射过程中脱落损伤基底的可能，从而能够提高半导体器件制造的良品率。

附图说明

图1至图5是现有技术靶材溅射过程各个步骤的示意图；

图6至图10是本发明靶材结构一实施例的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中使用的靶材在使用后容易在表面形成残留物。现结合靶材的使用过程分析靶材表面形成残留物的原因：

参考图3和图4，随着溅射的进行，氮化钛层在带电粒子22的轰击下溢出或移动，但是部分氮化钛会残留在钛靶20的表面，形成残留物24。

由于在溅射过程中带电粒子22主要集中在钛靶20的中心区域，因此钛靶20中心区域所受到的带电粒子22轰击较密集，因此当残留物24形成在钛靶20中心区域时，残留物24会随着溅射的进行而被去除。

但是当残留物24形成在钛靶20的边缘时，但是由于带电粒子22在边缘的密度较小，所述残留物24受到溅射的几率较小。因此形成在边缘的残留物24无法在溅射过程中被去除。因此所述钛靶20在使用后往往会在边缘区域残留有瘤状物25(参考图5)。

瘤状物25的形成，一方面影响使用后钛靶20的表面外观，另一方面瘤状物25有可能在溅射过程中脱落而损伤基底，从而有可能在基底表面形成缺陷，影响所形成半导体器件的良品率，也可能影响半导体器件的使用寿命。

为解决所述技术问题，本发明提供一种避免边缘长瘤的靶材结构，包括如下步骤：

靶材，包括与带电粒子发生碰撞的溅射面，所述溅射面的尺寸与所述带电粒子束宽相当；背板，用于固定所述靶材。

本发明通过使所述溅射面尺寸与所述带电粒子束宽相当，使所述靶材结构的溅射面位于带电粒子撞击密度较大的中心区域，从而提高所述溅射面边缘位置受到溅射的几率，使位于边缘位置的残留物能够在溅射过程中被去除，避免了残留物在溅射过程中脱落损伤基底的可能，从而能够提高半导体器件制造的良品率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图6，示出了本发明靶材结构一实施例的结构示意图。

需要说明的是，本实施例以在磁控溅射形成氮化钛膜层工艺过程中所使用的钛靶结构为例进行说明，不应以此限制本发明。

所述靶材结构包括：靶材100，所述靶材100包括与带电粒子300发生碰撞的溅射面110，所述溅射面110尺寸与所述带电粒子300的束宽相当。

所述靶材100是通过磁控溅射等镀膜系统在一定工艺条件下溅射，在基底基底上形成各种功能膜层的溅射源。因此，所述靶材100的材料纯度至少为99.995％。

本实施例中，所述靶材100为钛靶。但是需要说明的是，所述靶材100为钛靶的做法仅为一示例，所述靶材100还可以为相同工艺过程中所使用的其他材料的靶材，本发明对所述靶材100的材料不做限定。

结合参考图7和图8，其中图7示出了图6中所述靶材100的结构示意图，图8示出了图7中所述靶材100沿A方向的俯视图。

具体的，所述靶材100包括受到带电粒子300撞击的溅射面110，所述溅射面110的尺寸R1与所述带电粒子300的束宽相当。

在溅射过程中，所述溅射面110受到带电粒子束200撞击，产生能量和动量的转移。所述溅射面110表面的原子由于撞击从所述溅射面110溢出，在基底表面沉积成膜。

本实施例中，所述靶材100在溅射初期暴露在氮气气氛中。在氮气环境下，所述靶材100的溅射面110表面会形成厚度很小的氮化钛层。在溅射过程中，经加速的带电粒子300与溅射面110上的氮化钛层发生碰撞，溅射面110上的原子溢出，沉积在基底表面形成氮化钛膜层。

需要说明的是，本实施例中，在溅射过程中，所述带电粒子300在直径约为302.81mm的圆形范围内与所述溅射面110发生碰撞。因此，为了使所述靶材100的溅射面尺寸与所述带电粒子300的束宽相当，本实施例中，所述靶材100的溅射面110为圆形。具体的，所溅射面110直径R1在302.68mm到302.94mm范围内。

所述靶材100的溅射面110的尺寸与所述带电粒子的束宽相当，所以与所述溅射面110的边缘区域碰撞的带电粒子300的密度与所述溅射面110中心区域的电子撞击密度相当，因此，即使在边缘区域形成有残留物，也能够在溅射过程中，被溅射去除，从而避免了残留物掉落而导致的基底损伤，提高了器件制造的良品率。

需要说明的是，由于在溅射过程中，所述溅射面110表面的原子会由于撞击而溢出，因此所述靶材100会随着溅射的进行而厚度变薄。为了有效利用靶材材料，使所述靶材100的溅射面始终与所述带电粒子束相当，本实施例中，所述靶材100平行于溅射面的横截面为圆形。

具体的，结合参考图9，示出了图7中边缘区域400的放大图。

所述靶材100还包括垂直于所述溅射面110的侧壁120，所述侧壁120与所述溅射面110之间以斜面130相连，所述斜面130与所述溅射面110的连接处140与所述侧壁120之间的距离L在7.87mm到8.13mm范围内。

需要说明的是，为了避免在所述斜面130上形成残留物，本实施例中，所述斜面130的倾角α为15°。

还需要说明的是，为了避免在所述斜面130与所述侧壁120的连接处形成薄、尖状的结构而在溅射过程中出现剥落的现象，本实施例中，所述斜面130与所述侧壁120通过倒角相连以实现圆滑过渡。因此，所述斜面130包括平面区P以及与平面区P相连的弧形区C。所述弧形区C的曲率半径R在1.9mm到2.16mm范围内，且所述弧形区C与所述侧壁120的连接处150与所述溅射面110之间的距离T1在3.24mm到3.5mm范围内。

进一步，所述靶材100还包括位于所述侧壁120上的凸起160，用于固定所述靶材100。

具体的，所述靶材100还包括与所述溅射面110相对的底面170，所述凸起160位于所述侧壁120与所述底面170的连接处。所述凸起160包括远离所述底面170的上表面180。所述上表面180与所述侧壁120和所述斜面130的弧形区C的连接处150的距离T2在3.36mm到3.62mm范围内。

继续参考图6，所述靶材结构还包括：用于固定所述靶材100的背板200。

具体的，所述背板200用于在所述靶材结构装配至溅射机台中时起到支撑的作用，还用于在溅射过程中传导热量。所述背板200的材料可以是纯铜背板，也可以是掺杂有其他金属的铜合金背板。因为铜材料具有足够的强度，且导热、导电性能良好，形成的靶材组件具有较好的性能。本实施例中，所述背板200为纯铜背板。

结合参考图10，示出了图6中所述背板200的结构示意图。

所述背板200包括用于容纳所述靶材100的凹槽210，以增大所述背板200与所述靶材100之间的接触面，提高所述背板200与所述靶材100之间的连接强度。

所述背板200还包括位于所述凹槽210侧壁上的凹坑220，与所述靶材200侧壁120上的凸起160相配合以固定所述靶材100，进一步提高所述背板200与所述靶材100之间的连接强度。

综上，本发明通过使所述溅射面尺寸与所述带电粒子束宽相当，使所述靶材结构的溅射面位于带电粒子撞击密度较大的中心区域，从而提高所述溅射面边缘位置受到溅射的几率，使位于边缘位置的残留物能够在溅射过程中被去除，避免了残留物在溅射过程中脱落损伤基底的可能，从而能够提高半导体器件制造的良品率。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种避免边缘长瘤的靶材结构，其特征在于，包括：

靶材，包括与带电粒子发生碰撞的溅射面，所述溅射面的尺寸与所述带电粒子束宽相当；具体为：所述靶材的溅射面为圆形，所述溅射面的直径在302.68mm到302.94mm范围内；在溅射过程中，所述带电粒子在直径302.81mm的圆形范围内与所述溅射面发生碰撞；

背板，用于固定所述靶材。

2.如权利要求1所述的靶材结构，其特征在于，所述靶材为钛靶。

3.如权利要求1所述的靶材结构，其特征在于，所述靶材平行于溅射面的横截面为圆形。

4.如权利要求1所述的靶材结构，其特征在于，所述靶材还包括垂直于所述溅射面的侧壁，所述侧壁与所述溅射面之间以斜面相连，所述斜面与所述溅射面的连接处与所述侧壁之间的距离在7.87mm到8.13mm范围内。

5.如权利要求4所述的靶材结构，其特征在于，所述靶材还包括位于所述侧壁上的凸起，用于固定所述靶材。

6.如权利要求5所述的靶材结构，其特征在于，所述背板包括用于容纳所述靶材的凹槽，所述凹槽侧壁具有凹坑，所述凹坑与所述靶材侧壁上的凸起相配合以固定所述靶材。

7.如权利要求1所述的靶材结构，其特征在于，所述背板为铜背板或铜合金背板。

8.如权利要求1所述的靶材结构，其特征在于，所述背板包括用于容纳所述靶材的凹槽。