CN108914073A - 具有背部冷却槽的溅射靶材 - Google Patents

Abstract

本揭示案的实施方式涉及用于溅射腔室的溅射靶材，该溅射腔室用于处理基板。在一个实施方式中，提供用于溅射腔室的溅射靶材。溅射靶材包含具有背部表面的溅射板及安装至溅射板的环形背板，该背部表面具有径向内部、中间及外部区域。该背部表面具有多个圆形槽，这些圆形槽彼此间隔开；及至少一个弓状通道，该弓状通道切割穿过这些圆形槽，且从该溅射板的径向内部区域延伸至该径向外部区域。环形背板界定暴露该溅射板的背部表面的开口环。

Description

具有背部冷却槽的溅射靶材

本申请是申请日为2014年08月14日、申请号为201480042023.7、发明名称为“具有背部冷却槽的溅射靶材”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本揭示案的实施方式涉及用于溅射腔室的溅射靶材，该溅射腔室用于处理基板。

背景技术

溅射腔室用于在集成电路及显示器的制造中将沉积材料溅射至基板上。通常，溅射腔室包含：外壳，该外壳围绕面向基板支撑件的溅射靶材；处理区，处理气体被引入该处理区；气体激发器，该气体激发器用于激发该处理气体；以及排气端口，该排气端口用以排气及控制腔室中处理气体的压力。由在激发的气体中形成的高能离子轰击溅射靶材，导致从该溅射靶材击落材料，该材料沉积于基板上成为膜。被溅射的材料可为金属，比如例如铝、铜、钨、钛、钴、镍或钽；或为金属化合物，比如例如氮化钽、氮化钨或氮化钛。

在某些溅射工艺中，磁场发生器提供围绕溅射靶材的溅射表面的成形磁场，以改良溅射靶材的溅射性质及溅射表面。例如，在磁控溅射中，一组能旋转的磁体在溅射靶材后旋转，以产生围绕该溅射靶材的前表面的磁场。旋转磁场通过控制横跨溅射靶材的溅射速率提供改良的溅射。

冷却系统使传热流体穿过围绕能旋转磁体的外壳，以冷却这些磁体及下面的溅射靶材。然而，习知的冷却系统经常未能从溅射靶材充分地移除大量热，及/或未能提供溅射靶材的空间上的均匀散热。结果，经常以比相邻区域更高的溅射速率溅射溅射靶材的较热区域，导致该溅射靶材的表面上的不均匀的溅射。不均匀的靶材溅射与旋转磁场结合会导致溅射靶材出现具有侵蚀槽的溅射表面，且亦会形成从这些侵蚀槽向下延伸的微裂缝。在侵蚀槽处出现的局部微裂缝可能导致在溅射工艺期间射出溅射颗粒，这些射出的溅射颗粒随后沉积于基板上而减少产率。由于加热及冷却循环引起的热应力，落在腔室部件上的溅射颗粒亦会在稍后时间内剥落。

因此需要一种溅射靶材，该种溅射靶材可由靶材冷却系统更有效且更均匀地冷却。亦需要呈现减少的由于热应力引起的局部裂纹的溅射靶材。

发明内容

本揭示案的实施方式涉及用于溅射腔室的溅射靶材，该溅射腔室用于处理基板。在一个实施方式中，提供用于溅射腔室的溅射靶材。溅射靶材包含具有背部表面的溅射板及安装至溅射板的环形背板，该背部表面具有径向内部、中间及外部区域。该背部表面具有多个圆形槽及至少一个弓状通道，这些圆形槽彼此间隔开，该弓状通道切割穿过这些圆形槽且从该溅射板的径向内部区域延伸至径向外部区域。环形背板界定暴露该溅射板的背部表面的开口环。

在另一实施方式中，提供溅射腔室。该溅射腔室包含：溅射靶材，该溅射靶材安装于溅射腔室中；基板支撑件，该基板支撑件面向该溅射靶材；气体分配器，该气体分配器将气体引入该溅射腔室；气体激发器，该气体激发器激发气体以形成溅射该溅射靶材的等离子体；及排气端口，该排气端口将气体从该溅射腔室排出。溅射靶材包含：溅射板，该溅射板具有背部表面，该背部表面具有径向内部、中间及外部区域；及环形背板，该环形背板安装至该溅射板，其中该环形背板界定暴露溅射板的背部表面的开口环。该背部表面具有多个圆形槽及至少一个弓状通道，这些圆形槽彼此间隔开，该弓状通道切割穿过这些圆形槽且从该溅射板的径向内部区域延伸至径向外部区域。

在又另一实施方式中，提供磁控溅射靶材组件。磁控溅射组件包含：(a)热交换器外壳，该热交换器外壳能够容纳围绕多个能旋转磁体的传热流体；(b)溅射靶材，该溅射靶材邻接该外壳，以使得该传热流体接触溅射靶材的背部表面；及(c)溅射板，该溅射板安装于该背板的前表面上。该溅射靶材包含具有背部表面的背板，该背部表面包括：径向内部、中间及外部区域，其中该径向中间区域具有位于该背部表面处的多个同心圆形槽和位于该背部表面的径向中间区域的多个同心圆形槽；及多个弓状通道，该多个弓状通道从该背部表面的径向内部区域延伸至径向外部区域。背板和溅射板的至少之一包含从以下材料中选择的材料：Al0.5Cu、Al1.0Si、Al0.5Cu1.0Si、纯铝、铜、铬、钛、钨、钼、钴、钽、Li-P-O-N、锗、GeS₂、硅、SiO₂、石英及以上材料的组合。

附图说明

为了能详细地理解本揭示案的上述特征，可通过参考实施方式获得以上简要概述的本揭示案的更特定的描述，其中一部分实施方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅图示本揭示案的典型实施方式，因此不应被视为对本揭示案的范围的限制，因为本揭示案可允许其他等同有效的实施方式。

图1为包含安装于背板上的溅射板的溅射靶材的实施方式的侧视截面图；

图2为溅射靶材背部的透视图，该图图示溅射板的背部表面上的多个相交圆形槽和弓状通道；

图3为溅射板的前表面的俯视图；

图4为包含安装于背板上的溅射板的溅射靶材的实施方式的侧视截面图；

图5为图4的背板背部的透视图，该图图示背板的背部表面上的多个相交圆形槽和弓状通道；以及

图6为溅射腔室的示意侧视截面图，该图图示包围旋转磁性组件和溅射靶材的背部表面的热交换器。

为便于了解，相同元件符号尽可能用于表示各图共有的相同元件。应想到，在一个实施方式中所揭示的元件可有利地用于其它实施方式而无需详述。

具体实施方式

本揭示案的实施方式涉及用于溅射腔室的溅射靶材，该溅射腔室用于处理基板。从溅射靶材排出处理腔室热量很重要，以避免溅射靶材的表面范围内的不均匀溅射。通常，通过使背部(非腔室侧)暴露于磁控管腔中容纳的冷却流体(例如去离子水)来冷却溅射靶材。在溅射靶材后留出～1mm的磁控管的间隔，及在磁控管以～60RPM(取决于磁控管设计)旋转的情况下，可能仅有一薄层水与溅射靶材的背部接触。此薄层水从溅射靶材的中心离心地向外旋出(spin out)，导致溅射靶材的中心区域过热，此将劣化溅射膜性能。在一些实施方式中，将槽添加至溅射靶材的背部，以允许存在较厚的水膜，并利用磁控管的离心作用来使被加热的水冲至中心外，以由较凉的水替换。

本文描述的某些实施方式亦可应用于矩形或其他形状靶材，这些靶材具有被设计成适合于这些形状的槽轮廓。本文描述的某些实施方式具有大大地增加了溅射靶材的有效部分(active part)的冷却的优势。此增加的冷却然后能够用于允许处理腔室中更大的功率密度，以提高生产率、沉积速率及沉积性质。另外，本文描述的实施方式可用于冷却任何导热板，其中，热量被施加于一侧而冷却流体被施加于相对侧。

在某些实施方式中，背板及溅射靶材沉积材料两者的材料不同。在某些实施方式中，溅射材料的背部材料可为任何适合的金属，比如铝及铝合金(例如6061、2024、99.5％Al/0.5％Cu)、铜、OFE铜、铜合金(铜/铬合金、铜/锌合金、铜/锡合金)或其他导热金属。在某些实施方式中，背板可为平坦的或碟形的。

另外，用于背板及溅射板的至少之一的示例性材料包含从以下材料选择的材料：Al0.5Cu(重量％)合金、Al1.0Si(重量％)合金、Al0.5Cu1.0Si(重量％)合金、纯铝、铜、铬、钛、钨、钼、钴、钽、Li-P-O-N、锗、GeS₂、硅、SiO₂、石英、以上材料的组合及以上材料的合金。

图1至图6图示溅射靶材100的示例性实施方式，溅射靶材100能用于溅射处理腔室(例如处理腔室600)以将溅射材料沉积于基板(例如基板602)上，且具有较少的槽侵蚀及微裂缝。参看图1，在一个实施方式中，溅射靶材100包括背板110及溅射板120。溅射板120及背板110可为整体件，该整体件包含由同一高纯度材料制成的单一结构，且用作背板及溅射板两者，或者溅射板120及背板110可为接合在一起以形成溅射靶材的独立结构。

溅射板120包含：中央圆柱形凸台(mesa)130，凸台130用作溅射表面134；与溅射表面134相对的背部表面140；与溅射表面134相对的背表面148；外周边壁142；及内周边壁144。外周边壁142及内周边壁144可为圆柱形的，且两者均可轻微地倾斜。外周边壁142从溅射表面134延伸至背表面148。内周边壁144从背部表面140延伸至背表面148。如图1所示，凹槽146形成在背部表面140与内周边壁144之间。凹槽146暴露溅射板120的背部表面140。

溅射表面134具有顶平面132，在腔室600中使用溅射靶材100期间顶平面132保持与基板602的平面平行。溅射板120由金属或金属化合物制成。例如，溅射板120可由例如以下金属的至少之一组成：铝、铜、钴、镍、钽、钛、钨及以上金属的合金。溅射板120亦可为金属化合物，比如例如氮化钽、氮化钨或氮化钛。在一个实施方式中，溅射板120包含高纯度水平(例如至少约99.9％或甚至至少约99.99％)的钛。在表I中揭示了用于溅射板120的额外的金属及金属化合物。

在一个实施方式中，溅射靶材100包含与溅射表面134相对的背部表面140，且背部表面140具有圆形槽150(或150a及150b)及交叉弓状通道154(或154a及154b)的图案。圆形槽150可从溅射板120的径向内部区域122延伸至溅射板120的径向外部区域124。圆形槽150可位于在径向内部区域122与径向外部区域124之间形成的径向中间区域126中。圆形槽150可具有辐射式的横截面。交叉弓状通道154以相对于与圆形槽150的交点处的局部水平切线成从60度至90度的角度范围切割穿过圆形槽150。在一些实施方式中，弓状通道154以从约30度至约90度的角度(从溅射板120的背部表面的中心测量该角度)彼此间隔开。交叉弓状通道154打破圆形槽150的连续沟道结构，以允许传热流体在交点处在圆形槽150之间循环。已发现，交叉弓状通道154显著地减少流体在圆形槽150的连续沟道结构内的停滞。亦出人意料且令人惊喜地发现背板110的背部表面上的圆形槽150及交叉弓状通道154的组合实质上减少了溅射工艺期间沉积在单个基板上的颗粒的数目。弓状通道154可具有辐射式的横截面。

在一些实施方式中，直通道可用于代替弓状通道154。直通道可以从约30度至约90度的角度(从溅射板120的背部表面的中心测量该角度)彼此间隔开。直通道可以相对于与圆形槽150的交点处的局部水平切线成从60度至90度的角度切割穿过圆形槽150。直通道可具有与弓状槽154的平均值相同的角度。

相信减少来自溅射靶材的颗粒污染的原因是交叉槽及弓状通道150、154对溅射靶材100的背部表面140的圆形槽150中的传热流体的流体动力学的影响。通常，由于流体与表面之间的摩擦，在圆形槽150的底部及最接近圆形槽150的壁的传热流体的移动比体流体要慢得多。此摩擦效应可能在背部表面140的圆形槽150的底部形成热流体的停滞层，该停滞层减少传热流体穿过槽的循环。在不具有交叉槽及弓状通道的背板上，流体的停滞层被困在圆形槽150内，而不暴露于过量的紊流。此外，传热流体通常通过围绕外壳中的中心轴旋转的磁体组件循环，这增加了通过圆形槽150的流体的层流，进一步促成俘获圆形槽150内的热流体。相信交叉槽150及弓状通道154将圆形槽150分为较短的部分，且在相交处提供拐角，在这些拐角周围，该流体流为紊流。此紊流激起圆形槽150底部的停滞层，以迫使此流体流出槽，且允许新的、未经加热的流体进入槽。相信更快移动的循环流体相当大地减少了低速移动的停滞层的厚度，且降低了低速移动的停滞层的隔绝效应，进而增加了溅射板120与传热流体之间的热传递。

圆形槽150及弓状通道154亦提供溅射板120的背部表面140的总表面积的增加。带槽的背部表面140的表面积能比类似尺寸的溅射板的平面背部表面的表面积大50％至120％。例如，若习知的溅射板的平面背部的表面积为“A”cm²，则带槽的溅射板的面积将为1.5A至2.2A。

如图2所示，在一个实施方式中，圆形槽150彼此间隔开，且彼此同心。在一个实施方式中，圆形槽的数目的范围为从约2个槽至约50个槽。在另一实施方式中，圆形槽的数目的范围为从约10个圆形槽至约40个圆形槽。在另一实施方式中，圆形槽的数目的范围为从约20个圆形槽至约30个圆形槽。在另一实施方式中，槽的数目为约20个。在另一实施方式中，槽的数目为约30个。本领域技术人员将了解槽的数目能根据使用的流体及特定的应用而变化。

每个圆形槽150包含范围在从约2mm至约10mm的Δr(Δr为单个圆形槽150的外部半径与该圆形槽150的内部半径之间的距离)。在一个实例中，Δr为约6mm。圆形槽150之间的圆形脊152的宽度的范围为从约2mm至约10mm。在一个实例中，圆形槽150之间的圆形脊152的宽度为约6mm。图2图示具有十个圆形槽150的背部表面140，这些圆形槽150为具有八个介于其间的圆形脊152的同心环形槽。

圆形槽150及圆形脊152的分布经选择以与旋转磁体组件的旋转轨迹重叠，以使得圆形槽150及圆形脊152几乎完全覆盖一区域，磁体在该区域之上旋转。在一个实施方式中，圆形槽150遍布的面积至少为背部表面140的面积的约50％，或甚至为背部表面140的面积的至少75％，以最大化圆形槽150的效果。与先前设计相比，圆形槽150的较高的覆盖面积用于协作性地消散来自背部表面140的附加热量，使得整个溅射靶材100在溅射处理期间在较低的温度下操作。

在一个实施方式中，圆形槽150包含最内径向内部槽150a及最外径向外部圆形槽150b，其中多个圆形槽150分布在内部与外部圆形槽150a、150b之间。与旋转磁体组件的轴的直径有关地选择内部圆形槽150a的内径，且内部圆形槽150a的内径甚至能与磁体组件轴的直径相同。内部圆形槽150a位于轴的正下方，且与磁体组件的围绕旋转轴的最大旋转半径有关地选择外部圆形槽150b的半径。例如，外部圆形槽150b的半径可被选择以实质上与磁体组件的围绕旋转轴的最大旋转半径相同。此带槽表面在对应于循环流体的区域及对应于溅射表面134的具有磁性增强溅射且可能有进行进一步温度控制的需要的区域两者中提供增加的冷却表面积。

弓状通道154通过切割穿过圆形槽150的多个圆形脊152而与圆形槽150交叉。弓状通道154用作防止传热流体在圆形槽150内停滞的排水通道，以实质上改良分别来自交叉圆形槽及弓状通道150、154的图案的热传递。弓状通道154包含主要沿径向延伸且弯曲的弧。弓状通道154彼此间隔开一距离(该距离在径向上变化)，其中接近背部表面140的周边具有较大的间隙，且距离背部表面140的中心越近距离越小。如图2所示，在一个实施方式中，每个弓状通道的形状都能由极方程估算：

r＝arcsin(θ)，其中0<θ<π/3。

在一个实施方式中，如图6中的箭头659所示，弓状通道154相对于腔室600中旋转磁体的方向弯曲成凸形。成形弓状通道154通过允许热流体逃离圆形槽150来防止传热流体在圆形槽150内停滞。此方向中的弓状形状促进流体的层流流过及流出圆形槽150。

如图1及图2所示，弓状通道154亦能具有弯曲的末端区域(tip region)156，末端区域156向上至背板110的背部表面140而逐渐变细。弯曲的末端区域156约在外部圆形槽150b的半径处开始。锥形末端相对于阶梯式末端较佳，因为锥形末端允许流体以层流程度更高的方式流出弓状通道154的端部。

圆形槽150及弓状通道154可通过加工背板110形成，例如通过车床或铣床切割。圆形槽150及所得圆形脊152的拐角亦能在加工工艺中被倒圆，以减少拐角处的侵蚀及应力集中。

可使用CNC铣床及/或车床制造带槽溅射靶材。一旦通过球端铣刀(用于铣床)或辐射式或单点车床刀形成靶材胚料，则随后球端铣床(多头车床或铣床)可用于形成槽。圆形槽可在车床上形成，随后可使用切铣系统或多头车床切割形成螺旋或弓状通道。在标准的CNC铣床系统上，可使用环锯圆及弧的球端铣床切割所有的槽。通常将槽切割的足够深以促进溅射靶材的充分冷却，但不至于太深而减少溅射靶材在工艺条件下的结构刚度。例如，对于200mm的铝靶材，这些槽可约为.25"。对于其他靶材直径及材料，可相应地调整槽尺寸。对于圆靶材，可使用圆形槽，因为圆形槽易于制造，且不会引起真空负载下溅射靶材的不均匀的弯曲。随后，可添加螺旋-弓状-槽，以促进由旋转磁控管辅助的中心至边缘的抽水。

在一个实施方式中，溅射板120安装于背板110上，背板110为独立结构。背板110具有环形主体，该环形主体由前表面160、内周边壁114及环形凸缘162界定。环形主体112界定开口环116。环形主体112的大小通常被设定以围绕溅射板120的背部表面140，且经由开口环116暴露背部表面140。前表面160支撑溅射板120。环形凸缘162延伸超过溅射板120的半径。如图6所示，环形凸缘162包含周边圆形表面且具有安置在腔室600中绝缘体658上的外部基脚(outer footing)164。绝缘体658将背板110与腔室600电绝缘及隔开，且通常为由陶瓷材料(比如氧化铝)制成的环。

示例性背板110由包含铜铬的金属合金制成。铜铬的电阻率在铜铬的温度超过600摄氏度才变化，该温度足够高而超过正常的溅射工艺温度。在一个实施方式中，铜铬合金包含的铜与铬的比例为从约80:1至约165:1。铜铬合金可包含从约98.5重量％至约99.1重量％的铜，及从约0.6重量％至约1.2重量％的铬。铜铬合金具有约340W/mK的热导率及约2.2μohm cm的电阻率。在一些实施方式中，背板110可由表I中揭示的材料制成。

背板110、410可由表I中揭示的背板材料组成。溅射板120、420可由表I中揭示的沉积材料组成。背板110、410及溅射板120、420可为如表I的第三栏所描述的整体的或接合在一起的。将背板接合至溅射板可通过例如焊接、扩散接合、软焊、铜焊或锻造接合执行。表示法Al0.5Cu(重量％)合金表示该合金包括0.5重量％的铜。如在本文中使用的，术语铜包括无氧铜(例如，C10100-无氧电子(OFE)-具有0.0005％含氧量的99.99％纯铜、C10200-无氧(OF)、及C11000-电解韧铜(ETP))。

表I

背板110通常由被选择以具有高热导率且使传热流体在背板110中循环的材料制成。背板110的适当高热导率为至少约200W/mK，例如，从约220至约400W/mK。通过有效消散溅射靶材100中产生的热量，此热导率水平允许溅射靶材100操作更长的工艺时间段。在一个实施方式中，背板110由金属(比如铜或铝)制成。在另一实施方式中，背板110包含金属合金，比如例如铜锌(海军黄铜)或铬铜合金。在一个示例性实施方式中，背板110包含C18000，C18000是一种具有Cr(0.8％)、Cu(96.1％)、Ni(2.5％)及Si(0.6％)重量组分的合金。背板110亦可为含有一或更多个接合板的独立结构。

背板110亦可具有所需范围内的电阻率，以减少侵蚀槽，同时仍允许溅射靶材100在延长的时间段内操作。电阻率应足够小，以允许在溅射期间对溅射靶材100施加电偏压或对溅射靶材100充电。然而，电阻率亦应足够大，以减少溅射靶材100中的涡流效应，因为当涡流沿路径行进通过溅射靶材100时，由涡流产生的热量与沿路径所遇到的电阻成比例。在一个实施方式中，背板110的电阻率为从约2至约5μohm cm，或甚至从约2.2至约4.1μohmcm。

在一个实施方式中，通过将背板110及溅射靶材120置放在彼此上并将这些板加热至适当的温度(通常至少为约200摄氏度)，通过扩散接合将溅射板120安装在背板110的前表面160上。将背板110耦接至溅射靶材的其他示例性方法包括软焊、真空或氢铜焊、扩散接合及锻造接合。

在一个实施方式中，如图2及图5中所示，溅射板120的溅射表面134被设定轮廓以减少处理沉积物的剥落。在示例性实施方式中，外周边壁142形成围绕中央圆柱形凸台130的顶平面132的周边斜边缘170。斜边缘170相对于与中央圆柱形凸台130的顶平面132垂直的平面倾斜至少约8度的角度α(例如从约10度至约20度；约15度)。

图4为溅射靶材400的另一实施方式的侧视截面图，溅射靶材400可包含表I中所描述的材料。图5为图4的背板背部的透视图，该图显示背板410的背部表面440上的多个相交圆形槽及弓状通道。溅射靶材400包含安装于背板410上的溅射板420。与溅射靶材100不同，背板410为包括位于背板的背部表面上的多个相交圆形槽450(450a及450b)及弓状通道454的固体背板。在一些实施方式中，可由具有平坦表面的平坦背板替换背板410(例如，不含有图4及图5所示的圆形槽及弓状通道)。

溅射板420及背板410可为整体件，该整体件包含由同一高纯度材料制成的单一结构，且用作背板及溅射板两者，或者溅射板420及背板410可为接合在一起以形成溅射靶材的独立结构。溅射板420包含用作溅射表面434的中央圆柱形凸台430，且中央圆柱形凸台430具有顶平面432，在腔室(例如腔室600)中使用溅射靶材400期间，顶平面432保持与基板的平面平行。溅射板420由金属或金属化合物制成。例如，溅射板420可由表I中所列的任一种材料组成。

在一个实施方式中，溅射板420被安装在背板410上，背板410为单独结构，且背板410具有支撑溅射板420的前表面438及延伸超过溅射板420的半径的环形凸缘436。环形凸缘436包含周边圆形表面，且具有安置于腔室600中的绝缘体658上的外部基脚442，如图6所示。绝缘体658将背板410与腔室600电绝缘及隔开，且通常为由陶瓷材料(比如氧化铝)制成的环。

图6中图示溅射处理腔室600的示例性实施方式，溅射处理腔室600能够使用溅射靶材100处理基板602。腔室600包含外壳壁604，外壳壁604围着等离子体区域606且包括侧壁608、底壁610及顶板612。腔室600可为多腔室平台(未图示)的部分，多腔室平台具有通过在腔室之间移送基板602的机械臂机构连接的互连腔室群集。在图示的实施方式中，处理腔室600包含溅射腔室(亦称为物理气相沉积或PVD腔室)，该溅射腔室能够溅射沉积钛于基板602上。然而，腔室600亦可用于其他目的，比如例如用于沉积铝、铜、钽、氮化钽、氮化钛、钨或氮化钨；因此本要求保护的范围不应限制于本文所描述的用于说明本揭示案的示例性实施方式。

在一个实施方式中，腔室600配备处理套组，以使腔室600适于不同的工艺。处理套组包含可从腔室600移除的多种部件，以例如将溅射沉积物从部件表面清洁掉、替换或修理腐蚀的部件。在一个实施方式中，如图6所示，处理套组包含围绕基板支撑件620的周边壁放置的环组件614，环组件614在基板602的外伸边缘前终止。环组件614包含彼此配合的沉积环616及盖环618，以减少基板支撑件620的周边壁或基板602的外伸边缘上的溅射沉积物的形成。

如图6所示，处理套组亦可包括屏蔽组件624，屏蔽组件624围绕溅射靶材100的溅射表面134及基板支撑件620的周边边缘，以减少溅射沉积物沉积于腔室600的侧壁608及基板支撑件620的下部分上。如图6所示，屏蔽组件624包含上屏蔽件626及下屏蔽件628。在基板处理期间可给屏蔽组件624的部分(比如例如上屏蔽件626)加偏压，以便影响腔室环境。屏蔽组件624通过遮蔽基板支撑件620、腔室600的侧壁608及底壁610的表面，减少溅射材料沉积于这些表面上。

处理腔室600包含基板支撑件620，以支撑基板602，基板支撑件620包含基座630。基座630具有在处理期间接收及支撑基板602的基板接收表面632，基板接收表面632具有实质上与上面的溅射靶材100的溅射表面134平行的平面。基板支撑件620亦可包括静电夹盘634，以静电固持基板602及/或加热器(未图示)，该加热器比如电阻加热器或热交换器。在操作中，基板602通过腔室600的侧壁608中的基板装载入口(未图示)而被引入腔室600，且被放置于基板支撑件620上。基板支撑件620能被升举或降低，以在将基板602放置于基板支撑件620上期间，升举及降低基板支撑件620上的基板602。在等离子体操作期间，可将基座630维持在电浮动电势或接地状态。

在溅射工艺期间，通过电源636给溅射靶材100、基板支撑件620及上屏蔽件626相对于彼此加电偏压。连接至溅射靶材的电源636的溅射靶材100、上屏蔽件626、基板支撑件620及其他腔室部件操作为气体激发器以形成或维持溅射气体的等离子体。气体激发器亦可包括源线圈(未图示)，通过将电流施加至线圈而使该线圈通电。在等离子体区域606中形成的等离子体带能量地冲击至溅射靶材100的溅射表面134上，且轰击溅射表面134，以从溅射表面134溅射材料至基板602上。

经由气体输送系统638将溅射气体引入腔室600，气体输送系统638经由具有气流控制阀644的导管622从处理气体源640提供气体，气流控制阀644比如质量流量控制器，以使设定流量的气体流经导管622。气体被送至混合歧管(亦未图示)，在该混合歧管中气体被混合以形成处理气体组合，且这些气体被送至腔室600中的具有出气口的气体分配器646。处理气体源640可包含非反应性气体(比如氩或氙)，该非反应性气体能够带能量地冲击至靶材上，且从靶材溅射材料。处理气体源640亦可包括反应性气体(比如含氧气体及含氮气体中的一或更多种)，该反应性气体能够与溅射材料反应，以在基板602上形成层。经由排气装置648将废处理气体及副产物从腔室600排出以控制腔室600中的气体压力，排气装置648包括接收废处理气体且将废气传送至具有节流阀654的排气导管652的排气端口650。排气导管652连接至一或更多个排气泵656。通常，腔室600中溅射气体的压力被设置为低于大气水平，比如真空环境，例如1mTorr至400mTorr的气体压力。

腔室600亦可包括热交换器，该热交换器包含能够保持传热流体的外壳660，外壳660被安装成邻接溅射靶材100的背部表面140。外壳660包含壁，这些壁围绕溅射靶材100的背部表面140而密封。外壳660可由绝缘介质(比如玻璃纤维)制成。经由入口将传热流体(比如冷却去离子水)引入至外壳660中，且经由出口(未图示)将该传热流体从外壳660移除。热交换器用于将溅射靶材100维持在较低温度，以进一步减少在溅射靶材100中形成侵蚀槽及微裂缝的可能性。

腔室亦可包括磁场发生器680，磁场发生器680包含多个能旋转磁体。如图6所示，在一个实施方式中，磁场发生器680包含两组能旋转磁体662、664，这些能旋转磁体662、664安装在公共板666上，且能够围绕溅射靶材100的背部中的中心轴旋转。

第一组能旋转磁体662包含具有第一磁通量或磁场方向的一或更多个中央磁体670，及具有第二磁通量或磁场方向的一或更多个周边磁体672。在一个实施方式中，第一磁通量与第二磁通量的比率为至少约1:2，例如从约1:3至约1:8，或甚至约1:5。这允许来自周边磁体672的磁场朝向基板602延伸至腔室600内更深。在一个实例中，第一组能旋转磁体662包含一组中央磁体670，中央磁体670具有第一磁场方向，由具有第二磁场方向的一组周边磁体672围绕。例如，通过安置周边磁体672以使周边磁体672的极性方向与中央磁体670的极性方向相反，能产生第二磁场方向。

图6的实施方式图示第二、较大组的能旋转磁体664。第二组能旋转磁体664包含具有第一磁通量或磁场方向的中央磁体674，及具有第二磁通量或磁场方向的周边磁体676。在一个实施方式中，第一磁通量与第二磁通量的比率为约1:1。

磁场发生器680包含电机682及轴684，以旋转公共板666，在公共板666上安装有能旋转的磁体组662、664。旋转系统以从约60rpm至约120rpm(例如约80rpm至约100rpm)旋转能旋转磁体组662、664。在一个实施方式中，能旋转磁体组662、664包含NdFeB。第一组能旋转磁体662用于扫描溅射靶材100的边缘，以产生高度电离的溅射通量。第二组能旋转磁体664能用于围绕溅射靶材100的中心及边缘区域产生离子轰击通量。较大、或第二组能旋转磁体664能被接通，以清洁再沉积于溅射靶材中心及周边附近的溅射材料。除提供围绕溅射表面134的旋转及变化的磁场之外，磁场发生器680及能旋转磁体组662、664推动且搅动传热流体，进而使外壳660中的传热流体循环。

要抵消供应至溅射靶材100的大功率量，可将溅射靶材100的背部密封至背部冷却剂腔室。背部冷却剂腔室可与外壳660分离，或冷却剂腔室及外壳660可为单一整合腔室，如图6所示。包含例如冷却去离子水或其他冷却液的传热流体690循环通过冷却剂腔室的内部，以冷却溅射靶材100。磁场发生器680通常浸没在传热流体690中，且轴684经由旋转密封件686穿过背部腔室。

腔室600由控制器692控制，控制器692包含具有指令集的程序代码，以操作腔室600的部件，以处理腔室600中的基板602。例如，控制器692可包含程序代码，该程序代码包括：基板定位指令集，该基板定位指令集用以操作基板支撑件620及基板传送件；气流控制指令集，该气流控制指令集用以操作气流控制阀644，以设置流入腔室600的溅射气体流；气压控制指令集，该气压控制指令集用以操作节流阀654，以维持腔室600中的压力；气体激发器控制指令集，该气体激发器控制指令集用以操作气体激发器，以设置气体激发功率水平；温度控制指令集，该温度控制指令集用以控制基座630或壁608中的温度控制系统(未图示)，以分别设置基板602或壁608的温度；以及工艺监控指令集，该工艺监控指令集用以监控腔室600中的工艺。

溅射工艺能用于在基板上沉积包含钛或钛化合物的层。这些钛层可单独使用或与其他层结合使用。例如，溅射的钛层可用作阻挡层，例如Ti/TiN堆叠层常用作衬垫阻挡层，且用以提供与晶体管的源极和漏极的接触。在另一实例中，在硅晶片上沉积钛层，且与硅接触的钛层部分通过退火转化为硅化钛层。在另一设置中，金属导体下的扩散阻挡层包括氧化钛层，氧化钛层通过以下步骤形成：在基板602上溅射沉积钛，且随后将基板移送至氧化腔室，以通过在有氧环境中加热该基板来氧化该钛，以形成氧化钛。亦可在溅射钛的同时，通过将氧气引入腔室来沉积氧化钛。能通过在溅射钛时将含氮气体引入腔室中而通过反应性溅射方法来沉积氮化钛。

已参阅本揭示案的某些优选实施方式描述本揭示案；然而其他实施方式是可能的。例如，溅射靶材100的溅射板120及背板110可由除本文描述的那些材料之外的材料制成，且亦可具有其他形状及尺寸。因此，所附权利要求书的精神及范围不应限于对本文含有的优选实施方式的描述。

虽然前述内容针对本揭示案的实施方式，但在不背离本揭示案的基本范围的情况下，可设计本揭示案的其他及另外的实施方式，且本揭示案的范围由以下权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种溅射方法，包括：

将基板定位于外壳中，所述外壳具有设置于所述外壳中的至少溅射靶材和基板支撑件；

将溅射气体引入所述溅射腔室；

激发所述溅射气体以形成等离子体，以溅射所述溅射靶材；以及

用所述等离子体溅射所述溅射靶材以提供溅射的靶材材料，以在所述基板上形成膜层，其中所述溅射靶材包括：

圆形溅射板，所述圆形溅射板包括：

溅射表面；

背部表面，所述背部表面与所述溅射表面相对，其中所述背部表面具有径向内部区域、径向中间区域及径向外部区域，所述背部表面具有：

多个圆形槽，所述多个圆形槽彼此间隔开；以及

至少一个弓状通道，所述至少一个弓状通道切割穿过所述圆形槽，且从所述溅射板的所述径向内部区域延伸至所述径向外部区域；

环形背表面，所述环形背表面与所述溅射表面相对；

倾斜的外周边壁，所述外周边壁从所述溅射表面的外边缘延伸至所述环形背表面的外边缘；

内周边壁，所述内周边壁从所述背部表面延伸至所述环形背表面的内边缘，其中由所述背部表面和所述内周边壁界定凹槽，所述凹槽暴露所述溅射板的所述背部表面；以及

环形背板，所述环形背板安装至所述溅射板，其中所述环形背板包括：

环形主体，所述环形主体界定开口环，所述开口环暴露所述溅射板的所述背部表面，所述环形主体由以下结构界定：

环形前表面，所述环形前表面接触所述圆形溅射板的所述环形背表面；

环形凸缘，所述环形凸缘延伸超过所述溅射板的半径，所述环形凸缘包括周边圆形表面，所述周边圆形表面具有用于安置在表面上的外部基脚；以及

从所述环形前表面的内边缘延伸至所述环形凸缘且与所述圆形溅射板的所述内周边壁对齐的内周边壁。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述圆形槽为同心槽。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述圆形槽包含从约20个至约30个槽。

4.如权利要求1所述的方法，其中所有的所述圆形槽位于所述背部表面的所述径向中间区域处。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述背部表面具有至少8个弓状通道。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述弓状通道以从所述背部表面的中心测量的从约30度至约90度的角度彼此间隔开。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述环形背板包含铜和铬的合金。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述环形背板由从以下材料选择的第一材料构成：Al_0.5Cu、Al_1.0Si、Al_0.5Cu_1.0Si、铝、铜、铬、钛、钨、钼、钴、钽、Li-P-O-N、锗、GeS₂、硅、SiO₂、石英及以上材料的组合。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述溅射板由选自钛或氮化钛的第二材料组成，并且所述第一材料不同于所述第二材料。

10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

使反应性气体流入所述外壳；以及

使所述反应性气体与所述溅射的靶材材料反应以形成所述膜层。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述环形背板由具有从约220至约400W/mK的热导率的材料制成。

12.一种溅射方法，包括：

将基板定位于外壳中，所述外壳具有设置于所述外壳中的至少磁控溅射靶材和基板支撑件；

将溅射气体引入所述溅射腔室；

激发所述溅射气体以形成等离子体，以溅射所述磁控溅射靶材；以及

用所述等离子体溅射所述磁控溅射靶材以提供溅射的靶材材料，以在所述基板上形成膜层，其中所述磁控溅射靶材包括：

热交换器壳，所述热交换器壳能够容纳围绕多个能旋转磁体的传热流体；以及

溅射靶材，所述溅射靶材邻接所述壳，以使得所述传热流体接触所述磁控溅射靶材的背部表面，所述磁控溅射靶材包括：

圆形溅射板，所述圆形溅射板包括：

溅射表面；

所述背部表面，所述背部表面与所述溅射表面相对，其中所述背部表面具有径向内部区域、径向中间区域及径向外部区域，所述背部表面具有：

多个圆形槽，所述多个圆形槽彼此间隔开；及

至少一个弓状通道，所述至少一个弓状通道切割穿过所述圆形槽，且从所述溅射板的所述径向内部区域延伸至所述径向外部区域；

环形背表面，所述环形背表面与所述溅射表面相对；

倾斜的外周边壁，所述外周边壁从所述溅射表面的外边缘延伸至所述环形背表面的外边缘；

内周边壁，所述内周边壁从所述背部表面延伸至所述环形背表面的内边缘，其中由所述背部表面和所述内周边壁界定凹槽，所述凹槽暴露所述圆形溅射板的所述背部表面；以及

环形背板，所述环形背板安装至所述溅射板，其中所述环形背板包括：

环形主体，所述环形主体界定开口环，所述开口环暴露所述溅射板的所述背部表面，所述环形主体由以下结构界定：

环形前表面，所述环形前表面接触所述圆形溅射板的所述环形背表面；

环形凸缘，所述环形凸缘延伸超过所述溅射板的半径，所述环形凸缘包括周边圆形表面，所述周边圆形表面具有用于安置在表面上的外部基脚；以及

从所述环形前表面的内边缘延伸至所述环形凸缘且与所述圆形溅射板的所述内周边壁对齐的内周边壁。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：

使所述传热流体流入所述热交换器；以及

旋转所述多个能旋转磁体以使所述传热流体循环。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述背板的材料不同于所述溅射板的材料且所述背板及所述溅射板的至少之一由从以下材料中选择的材料构成：Al_0.5Cu、Al_1.0Si、Al_0.5Cu_1.0Si、铝、铜、铬、钛、钨、钼、钴、钽、Li-P-O-N、锗、GeS₂、硅、SiO₂、石英、以上材料的组合及以上材料的合金。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述圆形槽为同心槽。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述圆形槽包含从约20个至约30个槽。

17.如权利要求12所述的方法，其中所有的所述圆形槽位于所述背部表面的所述径向中间区域处。

18.如权利要求12所述的方法，其中所述背部表面具有至少8个弓状通道，所述弓状通道以从所述背部表面的中心测量的从约30度至约90度的角度彼此间隔开。

19.如权利要求12所述的方法，进一步包括：

使选自含氧气体和含氮气体的反应性气体流入所述外壳；以及

使所述反应性气体与所述溅射的靶材材料反应以形成所述膜层。

20.如权利要求12所述的方法，其中所述环形背板由具有从约220至约400W/mK的热导率的材料制成。