CN110582590A - 用于在电介质溅射期间减少工件中的缺陷的等离子体腔室靶材 - Google Patents

用于在电介质溅射期间减少工件中的缺陷的等离子体腔室靶材 Download PDF

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Abstract

本文提供了用于减少膜中的缺陷的方法及设备，所述膜经由物理气相沉积而沉积在工件上。在一些实施方式中，溅射沉积靶材包括：电介质化合物，所述电介质化合物具有范围为约20μm至200μm的预定平均晶粒尺寸。在一些实施方式中，处理腔室包括：腔室主体，所述腔室主体限定内部容积；基板支撑件，用于在内部容积内支撑基板；待被溅射到基板上的多个靶材，所述多个靶材包括如本文所揭示的任何实施方式所述的至少一个电介质靶材；以及屏蔽件，所述屏蔽件耦接至腔室主体且具有至少一个孔洞，以暴露待溅射的多个靶材的至少一个靶材。

Description

用于在电介质溅射期间减少工件中的缺陷的等离子体腔室 靶材
技术领域
本揭示内容的实施方式大体涉及用于半导体制造系统中的基板处理腔室。
背景技术
溅射，亦称为物理气相沉积(PVD)，是在集成电路中形成特征的方法，且通常在处理腔室中执行。溅射在工件(例如晶片)上沉积材料层，例如电介质材料。诸如靶材的源材料被离子轰击，这些离子经由电场强烈地加速。所述离子轰击导致材料从靶材射出，并导致材料聚积或沉积在基板(例如工件)上。在沉积期间，射出的粒子亦可沉积在其他表面上，诸如处理腔室的屏蔽件或其他内表面。
屏蔽件的不需要的涂层可能会导致正被处理的晶片中出现缺陷，或在后续的晶片处理中造成缺陷。可能例如在以下情况出现缺陷：当在屏蔽件上发生不期望的沉积且电荷积聚在不期望的沉积物上而引起电弧(arcing)，或者聚积在屏蔽件上的电介质材料剥落时。
因此，发明人提供了用于在电介质溅射期间减少缺陷的改进的靶材的实施方式。
发明内容
本文提供了用于减少经由物理气相沉积而沉积在工件上的膜中的缺陷的方法及设备。在一些实施方式中，一种溅射沉积靶材包括：电介质化合物，所述电介质化合物具有范围为约20μm至200μm的预定平均晶粒尺寸。在一些实施方式中，一种处理腔室包括：腔室主体，所述腔室主体限定内部容积；基板支撑件，用于在所述内部容积内支撑基板；待被溅射到基板上的多个靶材，所述多个靶材包括如本文所揭示的任何实施方式所述的至少一个电介质靶材；以及屏蔽件，所述屏蔽件耦接至腔室主体且具有至少一个孔洞，以暴露待溅射的所述多个靶材的至少一个靶材。
在一些实施方式中，一种用于在处理腔室中执行物理气相沉积的方法包括以下步骤：在处理腔室中选择第一靶材并且经由所述第一靶材在工件上沉积化合物，其中所述第一靶材如权利要求1至4的任何一项所述；及选择第二靶材并经由所述第二靶材在工件上的化合物之上沉积金属。
本揭示内容的其他及进一步实施方式描述如下。
附图说明
通过参考附图中描绘的本揭示内容的说明性实施方式，可以理解以上简要概述并在下方更详细论述的本揭示内容的实施方式。然而，附图仅显示本揭示内容的典型实施方式，且因此不被认为是对范围的限制，因为本揭示内容可允许其他等效实施方式。
图1根据本文描述的示例性实施方式描绘了多阴极处理腔室的示意图。
图2是根据本文描述的示例性实施方式的图1中的腔室的空间配置图示。
图3是具有特定晶粒尺寸的靶材的放大图像。
图4是根据本文描述的示例性实施方式的具有晶粒尺寸的靶材放大图像。
图5根据本文描述的示例性实施方式描绘了用于减少工件上的缺陷的方法流程图。
为了便于理解，已尽可能使用了相同的元件符号来表示各图中共有的相同元件。这些图并非按比例绘制，并且可能为了清晰起见而被简化。一个实施方式的元件及特征可有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
磁性随机存取存储器(MRAM)需要将阻挡层建构为存储器装置的一部分。阻挡层必须具有高纯度及低缺陷数才能正确运作。氧化镁(MgO)及氧化铝(Al2O3)是可用作阻挡层的电介质材料。然而，使用RF功率在基板表面上沉积MgO固有地导致不良的缺陷性能。
本文提供了一种溅射沉积靶材的实施方式，所述靶材包括具有预定晶粒尺寸的电介质化合物，以便在制造MRAM时减少工件(例如晶片)中的缺陷。如本文所使用的，晶粒尺寸是整个靶材的化合物的平均晶粒尺寸，其中所述尺寸本身具有宽广的分布范围。在一些实施方式中，各个晶粒在预定晶粒尺寸的20％内，而在其他实施方式中，各个晶粒在平均晶粒尺寸(例如预定晶粒尺寸)的30％内。根据一些实施方式，靶材中至少80％的晶粒，或在其他实施方式中至少90％的晶粒具有在预定晶粒尺寸的20％或30％内的晶粒尺寸。预定晶粒尺寸范围为从约20μm、40μm及50μm到200μm。在一些实施方式中，靶材中至少80％的晶粒具有至少20μm的晶粒尺寸。
在处理腔室中在晶片上进行电介质膜的物理气相沉积期间，由于屏蔽件比工件更接近靶材，因此在处理腔室中的屏蔽件上亦可能形成电介质粉末。随后，当对处理腔室施加RF功率时，由于屏蔽件上的高浓度正离子(例如鞘层电压(sheath voltage))，故屏蔽件与晶片之间可能出现电弧。换言之，由于电介质膜聚积在屏蔽件上，且电介质膜不导电，因此电荷积聚在屏蔽件上。屏蔽件上的电荷不容易消散并且引起电弧。此外，在处理腔室中处理多个后续晶片之后，更多的电介质膜可能累积在屏蔽件上，并且由于膜对屏蔽件的不良粘附，故膜可能剥离或剥落并沉积在晶片上。发明人发现，改变靶材晶粒尺寸及靶材和屏蔽件的配置可通过防止电弧并防止电介质膜从屏蔽件剥落来减少工件中的缺陷。
发明人观察到，若在处理腔室中使用包含电介质化合物(例如MgO、Al2O3)的靶材，则工件上的大部分缺陷是电介质颗粒缺陷。例如，发明人观察到，当金属靶材(例如钽或Ta)暴露在具有屏蔽件的处理腔室中时，Ta缺陷的数量是小的。然而，当电介质靶材暴露在腔室中时，在工件上发现大量缺陷，这些缺陷为电介质颗粒的形式。通过实验验证了缺陷的来源，所述实验诸如能量色散x射线光谱(energy dispersive x-ray spectrometry，EDX)，但亦可使用其他方法。屏蔽件保持一致，因此缺陷被证实源自于电介质靶材。
在一些实施方式中，多阴极PVD腔室(例如处理腔室100)包括附接到腔室主体140(例如经由顶部配接器组件142附接)的多个阴极106(例如3RF×3DC交替配置的6个阴极)，这些阴极具有相应的多个靶材(至少一个电介质靶材110及至少一个金属靶材112)。亦可使用其他RF/DC阴极配置，诸如1×1、2×2、4×4、5×5等。这些数字表示RF供电阴极与DC供电阴极的比例。在一些实施方式中，RF和DC阴极在顶部配接器组件142中交替。在其他实施方式中，RF阴极可与其他RF阴极相邻，且DC阴极同样可以。在又其他实施方式中，RF阴极对DC阴极的比例可为非等比例，诸如1×2、2×1、1×3、3×1、2×3等。当使用多个RF阴极时，工作频率可经偏移以减少沉积处理期间的任何干扰。例如，在三个RF阴极的实施方式中，第一RF阴极可在13.56MHz的频率工作，第二RF阴极在13.66MHz(+100kHz)的频率工作，且第三RF阴极在13.46MHz(-100kHz)的频率工作。可基于给定数量的阴极的串扰(cross-talk)预防来选择偏移。
RF阴极通常与电介质靶材110一起用于晶片上的电介质膜沉积。DC阴极通常与金属靶材112一起使用，以用于在晶片上的电介质膜沉积之后进行粘涂(pasting)。所述粘涂减少了沉积膜中的颗粒形成几率及缺陷。具有带RF和DC阴极的处理腔室允许更快地生产晶片，因为粘涂及电介质沉积可在一个腔室中完成。此外，有相同类型的多个阴极允许更高的粘涂及沉积速率。较高的沉积速率代表晶片在腔室中花费较少的时间以实现一定膜厚度。减少在腔室中的时间或减少停滞时间导致更少的晶片缺陷。
在一些实施方式中，金属靶材112可由金属形成，诸如例如钽、铝、钛、钼、钨和/或镁。电介质靶材110可由金属氧化物形成，诸如例如氧化钛、氧化钛镁和/或氧化钽镁。然而，可替代地使用其他金属和/或金属氧化物。
电介质靶材110包括电介质化合物，所述电介质化合物具有预定晶粒尺寸，且这些晶粒在整个电介质靶材110上大致是均匀的，其中具有例如20％至30％的小尺寸变化量。预定晶粒尺寸在不同的实施方式中不同。在一些实施方式中，晶粒尺寸选自约20μm至200μm的范围。在一些实施方式中，靶材中至少80％的晶粒，或者在一些实施方式中至少90％的晶粒，具有与预定晶粒尺寸(例如，20μm、40μm、50μm，并且至多约200μm)相等的晶粒尺寸。
图3显示了具有8μm晶粒尺寸的示例靶材，其中晶片包含218个颗粒尺寸大于40nm的缺陷。然而，如图4所示，当靶材晶粒尺寸增加到约30μm时，例如，颗粒(缺陷)的数量减少到96个。在一些实施方式中，晶粒尺寸增加至约40μm，其中估计缺陷为约50至60个颗粒数量，相较于218个缺陷显著地减少。其他实施方式的靶材具有约80μm、120μm或200μm的晶粒尺寸。尽管未显示本实施方式中设想到的所有晶粒尺寸的各别结果，但例如图3及图4绘示了通过减小电介质靶材110的靶材晶粒尺寸而得到晶片上减少的颗粒缺陷。虽然本文描述的一些实施方式是针对以上指出的晶粒尺寸，但亦可使用约等于或大于20μm的其他晶粒尺寸来减少晶片上的缺陷数量。
随着晶粒尺寸从8μm增加到至少20μm，颗粒缺陷的数量显著减少，因为随着晶粒尺寸增大，表面积对体积显著增加，而较小的晶粒具有较大的表面积对体积的比率。如图4可见，晶粒尺寸的增加减少了颗粒边界区域。由于晶粒尺寸较大，因此晶粒边界面积较小且造成较少缺陷。在其他实施方式中，改变了电介质靶材110的抛光度(finish)。例如，靶材可具有溅射表面，所述溅射表面的表面粗糙度范围从约6μm的表面粗糙度至具有镜面抛光度(大致无表面粗糙度)的研磨表面。发明人发现，越是接近达成镜面抛光度，工件上检测到的颗粒越少。在一些实施方式中，电介质靶材110具有至少99.7％的纯单晶MgO密度，或者在一些情况下至少99.98％的纯单晶MgO密度，以减少工件中的缺陷。如本文所使用的，靶材密度是指靶材相对于理论上可提供的理论纯单晶密度的百分比。
处理腔室100还包括基板支撑件130以支撑基板132。处理腔室100包括开口(未显示)(例如狭缝阀)，其中终端受动器(未显示)可延伸通过所述开口以将基板132放置到升降销(未显示)上，以便将基板132降低到基板支撑件130的支撑表面131上。在图1所示的实施方式中，电介质靶材110和金属靶材112相对于支撑表面131基本上平行地设置。基板支撑件130包括偏压源136，所述偏压源136经由匹配网络134耦接到偏压电极138，所述偏压电极138设置在基板支撑件130中。顶部配接器组件142耦接到处理腔室100的腔室主体140的上部并接地。每个阴极106可具有DC电源108或RF电源102及相关的磁控管(magnetron)。在RF电源102的情况下，RF电源102经由RF匹配网络104耦接到阴极106。
屏蔽件121被可旋转地耦接至顶部配接器组件142并由阴极106共用。在一些实施方式中，屏蔽件121包括屏蔽件主体122和屏蔽件顶部120。在其他实施方式中，屏蔽件121具有整合成一个单件的屏蔽件主体122和屏蔽件顶部120两者的方面。在又其他实施方式中，屏蔽件121可多于两件。取决于需要同时溅射的靶材数量，屏蔽件121可具有一或更多个孔洞以暴露相应的一或更多个靶材。屏蔽件121有利地限制或消除了多个靶材之间的交叉污染，所述多个靶材包括电介质靶材110和金属靶材112。屏蔽件121经由轴123旋转地耦接到顶部配接器组件142。轴123经由耦接器119附接到屏蔽件121。此外，由于屏蔽件121是可旋转的，故移动了屏蔽件121通常不会接受粘涂的区域，使得现在可粘涂这些区域，从而显著地减少了积聚沉积物的剥落及颗粒形成。处理腔室100还可包括至少一个分流器(shunt)，所述分流器设置在屏蔽件121的顶侧中，以容纳并且遮蔽多个靶材中将不被溅射的至少另一靶材。
致动器116与屏蔽件121相对而耦接到轴123。如箭头144所指示，致动器116经配置以旋转屏蔽件121，并且使屏蔽件121沿着处理腔室100的中心轴146在垂直方向中上下移动，如箭头145所指示。在处理期间，屏蔽件121升高到向上位置。屏蔽件121的升高位置暴露处理期间所使用的靶材，并且亦遮蔽在处理期间未使用的靶材。所述升高位置亦将屏蔽件接地以用于RF处理。
在一些实施方式中，处理腔室100还包括处理气体源128，以向处理腔室100的内部容积125供应处理气体。处理腔室100还可包括排气泵124，所述排气泵124流体耦接到内部容积125，以从处理腔室100排出处理气体。在一些实施方式中，例如，在金属靶材112已被溅射之后，处理气体源128可将氧气供应到内部容积125。
图2是根据本文描述的示例性实施方式的图1中的处理腔室100的空间配置图。
根据一些实施方式，电介质靶材110和金属靶材112(连同任何其他靶材)远离屏蔽件121的边缘而设置，通常距离屏蔽件121的边缘约0.5英寸至2.0英寸。当将靶材设置在屏蔽件的边缘处时，沉积在那里的膜倾向于比其他区域受到更大的应力，从而导致颗粒剥落并沉积在工件上。当靶材向屏蔽件的中心设置时，因为在狭窄区域中具有较少膜集中，故膜上的应力大小大幅减小，从而导致剥落及沉积在工件上的颗粒缺陷减少。
图5根据本文描述的示例性实施方式描绘了用于在晶片上沉积膜的方法500的流程图。
所述方法在500开始并进行到502。在502处，处理腔室100经由第一电介质靶材在工件(例如半导体晶片)上沉积电介质化合物(例如MgO、Al2O3)。用于沉积电介质化合物的靶材上的源材料的预定晶粒尺寸在不同实施方式中不同。在一些实施方式中，晶粒尺寸选自约20μm至200μm的范围。在一些实施方式中，靶材中至少80％的晶粒，或者在一些实施方式中至少90％的晶粒，具有与预定晶粒尺寸(例如20μm、40μm、50μm，且至多约200μm)相等的晶粒尺寸。
在504处，第二靶材暴露在处理腔室中。在506处，金属经由第二靶材沉积在工件上的电介质材料之上。第二靶材一般是金属靶材，且所述金属可为例如钽。
在508处，腔室为下一个工件做好准备并且方法500在510处结束。
虽然前述内容针对本揭示内容的实施方式，但可在不脱离本揭示内容的基本范围的情况下设计本揭示内容的其他及进一步实施方式。

Claims (15)

1.一种溅射沉积靶材，包括：
电介质化合物，所述电介质化合物具有范围为约20μm至200μm的预定平均晶粒尺寸。
2.如权利要求1所述的溅射沉积靶材，其中所述电介质化合物的至少80％的晶粒具有在所述预定平均晶粒尺寸的20％或所述预定平均晶粒尺寸的30％中一者之内的尺寸。
3.如权利要求2所述的溅射沉积靶材，其中所述电介质化合物为氧化镁。
4.如权利要求1所述的溅射沉积靶材，其中所述靶材的溅射表面具有镜面抛光度。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的溅射沉积靶材，其中所述电介质化合物具有至少99.7％的密度。
6.如权利要求1至4中任何一项所述的溅射沉积靶材，其中所述电介质化合物具有至少99.98％的密度。
7.一种处理腔室，包括：
腔室主体，所述腔室主体限定内部容积；
基板支撑件，所述基板支撑件在所述内部容积内支撑基板；
待被溅射到所述基板上的多个靶材，所述多个靶材包括如权利要求1至4中任何一项所述的至少一个电介质靶材；及
屏蔽件，所述屏蔽件耦接至所述腔室主体且具有至少一个孔洞，以暴露待溅射的所述多个靶材的至少一个靶材。
8.如权利要求7所述的处理腔室，其中所述多个靶材的至少一个靶材包括金属靶材。
9.如权利要求7所述的处理腔室，其中所述电介质化合物为氧化镁。
10.如权利要求7所述的处理腔室，其中所述多个靶材距离所述屏蔽件的边缘至少0.5英寸而设置。
11.如权利要求7所述的处理腔室，其中所述屏蔽件被可旋转地耦接至所述腔室主体的上部。
12.如权利要求11所述的处理腔室，其中所述屏蔽件进一步包括：
至少一个分流器(shunt)，所述分流器设置在所述屏蔽件的顶侧中，以容纳并且遮蔽所述多个靶材中将不被溅射的至少另一个靶材，其中所述屏蔽件被配置成绕着所述处理腔室的中心轴旋转并线性地移动。
13.一种用于在处理腔室中执行物理气相沉积的方法，所述方法包括以下步骤：
在处理腔室中选择第一靶材并且经由所述第一靶材在工件上沉积化合物，其中所述第一靶材如权利要求1至4中任何一项所述；及
选择第二靶材并经由所述第二靶材在所述工件上的所述化合物之上沉积金属。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一靶材为电介质靶材，所述化合物为电介质化合物，且所述第二靶材为金属靶材。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述电介质化合物为氧化镁并且所述金属为钽。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112981334A (zh) * 2021-02-05 2021-06-18 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体加工设备及对半导体加工设备进行清理的工艺
CN115244210A (zh) * 2020-07-01 2022-10-25 应用材料公司 用于在介电溅射期间减少工件中缺陷的等离子体腔室靶材

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI774375B (zh) 2016-07-27 2022-08-11 美商應用材料股份有限公司 具多層吸收劑的極紫外遮罩坯料及製造方法
JP7001448B2 (ja) * 2017-12-05 2022-01-19 東京エレクトロン株式会社 Ｐｖｄ処理方法およびｐｖｄ処理装置
TW202026770A (zh) 2018-10-26 2020-07-16 美商應用材料股份有限公司 用於極紫外線掩模吸收劑的ta-cu合金材料
US11194244B2 (en) 2018-12-21 2021-12-07 Applied Materials, Inc. Extreme ultraviolet mask absorber and processes for manufacture
TWI828843B (zh) 2019-01-31 2024-01-11 美商應用材料股份有限公司 極紫外線（ｅｕｖ）遮罩素材及其製造方法
TW202035792A (zh) 2019-01-31 2020-10-01 美商應用材料股份有限公司 極紫外光遮罩吸收體材料
US11249390B2 (en) 2019-01-31 2022-02-15 Applied Materials, Inc. Extreme ultraviolet mask absorber materials
TW202043905A (zh) * 2019-03-01 2020-12-01 美商應用材料股份有限公司 物理氣相沉積系統與處理
TWI818151B (zh) 2019-03-01 2023-10-11 美商應用材料股份有限公司 物理氣相沉積腔室及其操作方法
US11639544B2 (en) * 2019-03-01 2023-05-02 Applied Materials, Inc. Physical vapor deposition system and processes
US11275304B2 (en) 2019-05-22 2022-03-15 Applied Materials Inc. Extreme ultraviolet mask absorber matertals
TWI836072B (zh) 2019-05-22 2024-03-21 美商應用材料股份有限公司 具有嵌入吸收層之極紫外光遮罩
TW202104666A (zh) 2019-05-22 2021-02-01 美商應用材料股份有限公司 極紫外光遮罩吸收劑材料
TW202104667A (zh) 2019-05-22 2021-02-01 美商應用材料股份有限公司 極紫外光遮罩吸收材料
TWI836073B (zh) 2019-05-22 2024-03-21 美商應用材料股份有限公司 極紫外光遮罩坯體及其製造方法
US11385536B2 (en) 2019-08-08 2022-07-12 Applied Materials, Inc. EUV mask blanks and methods of manufacture
TW202122909A (zh) 2019-10-25 2021-06-16 美商應用材料股份有限公司 減少極紫外遮罩毛坯缺陷之方法
US11630385B2 (en) 2020-01-24 2023-04-18 Applied Materials, Inc. Extreme ultraviolet mask absorber materials
TW202131087A (zh) 2020-01-27 2021-08-16 美商應用材料股份有限公司 極紫外光遮罩吸收劑材料
TW202129401A (zh) 2020-01-27 2021-08-01 美商應用材料股份有限公司 極紫外線遮罩坯體硬遮罩材料
TWI817073B (zh) 2020-01-27 2023-10-01 美商應用材料股份有限公司 極紫外光遮罩坯體硬遮罩材料
TW202141165A (zh) 2020-03-27 2021-11-01 美商應用材料股份有限公司 極紫外光遮罩吸收材料
TWI836207B (zh) 2020-04-17 2024-03-21 美商應用材料股份有限公司 極紫外光遮罩吸收材料
US11300871B2 (en) 2020-04-29 2022-04-12 Applied Materials, Inc. Extreme ultraviolet mask absorber materials
US11609490B2 (en) 2020-10-06 2023-03-21 Applied Materials, Inc. Extreme ultraviolet mask absorber materials
US20220189749A1 (en) * 2020-12-14 2022-06-16 Applied Materials, Inc. Process Kit Conditioning Chamber
US11513437B2 (en) 2021-01-11 2022-11-29 Applied Materials, Inc. Extreme ultraviolet mask absorber materials
US11592738B2 (en) 2021-01-28 2023-02-28 Applied Materials, Inc. Extreme ultraviolet mask absorber materials
US11762278B2 (en) 2021-06-16 2023-09-19 Applied Materials, Inc. Multilayer extreme ultraviolet reflectors
US11815803B2 (en) 2021-08-30 2023-11-14 Applied Materials, Inc. Multilayer extreme ultraviolet reflector materials
US11782337B2 (en) 2021-09-09 2023-10-10 Applied Materials, Inc. Multilayer extreme ultraviolet reflectors

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6024852A (en) * 1996-12-04 2000-02-15 Sony Corporation Sputtering target and production method thereof
US6287437B1 (en) * 2000-05-05 2001-09-11 Alcatel Recessed bonding of target for RF diode sputtering
US20030052000A1 (en) * 1997-07-11 2003-03-20 Vladimir Segal Fine grain size material, sputtering target, methods of forming, and micro-arc reduction method
GB2411903A (en) * 2004-03-12 2005-09-14 Anelva Corp Double layer shutter mechanism for sputtering methods and apparatus
CN2734774Y (zh) * 2004-07-28 2005-10-19 雷卫武 双离子束共溅射淀积原子层纳米薄膜设备
CN1964932A (zh) * 2004-06-04 2007-05-16 达泰豪化学工业株式会社 单晶氧化镁烧结体及其制造方法以及等离子体显示板用保护膜
US20100133092A1 (en) * 2007-09-07 2010-06-03 Canon Anelva Corporation Sputtering method and sputtering apparatus
CN101925555A (zh) * 2008-01-28 2010-12-22 日本钨合金株式会社 多晶MgO烧结体及其制造方法以及溅射用MgO靶材
US20120164354A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Canon Anelva Corporation Sputtering apparatus and manufacturing method of electronic device
CN102560360A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 中国科学院福建物质结构研究所 一种MgZnO薄膜的制备设备系统和方法
CN103839641A (zh) * 2014-03-22 2014-06-04 沈阳中北真空设备有限公司 一种钕铁硼稀土永磁器件的混合镀膜设备及制造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10130827A (ja) 1996-10-28 1998-05-19 Mitsubishi Materials Corp ＭｇＯターゲット及びその製造方法
US9328412B2 (en) * 2010-08-31 2016-05-03 Jx Nippon Mining & Metals Corporation Fe—Pt-based ferromagnetic material sputtering target
CN103635603B (zh) 2011-09-09 2016-04-13 佳能安内华股份有限公司 成膜装置
KR20140073571A (ko) * 2011-11-04 2014-06-16 가부시키가이샤 페로테크 세라믹스 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법
US9988709B2 (en) * 2011-12-27 2018-06-05 Jx Nippon Mining & Metals Corporation Sintered compact magnesium oxide target for sputtering, and method for producing same

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6024852A (en) * 1996-12-04 2000-02-15 Sony Corporation Sputtering target and production method thereof
US20030052000A1 (en) * 1997-07-11 2003-03-20 Vladimir Segal Fine grain size material, sputtering target, methods of forming, and micro-arc reduction method
US6287437B1 (en) * 2000-05-05 2001-09-11 Alcatel Recessed bonding of target for RF diode sputtering
GB2411903A (en) * 2004-03-12 2005-09-14 Anelva Corp Double layer shutter mechanism for sputtering methods and apparatus
CN1964932A (zh) * 2004-06-04 2007-05-16 达泰豪化学工业株式会社 单晶氧化镁烧结体及其制造方法以及等离子体显示板用保护膜
CN2734774Y (zh) * 2004-07-28 2005-10-19 雷卫武 双离子束共溅射淀积原子层纳米薄膜设备
US20100133092A1 (en) * 2007-09-07 2010-06-03 Canon Anelva Corporation Sputtering method and sputtering apparatus
CN101925555A (zh) * 2008-01-28 2010-12-22 日本钨合金株式会社 多晶MgO烧结体及其制造方法以及溅射用MgO靶材
CN102560360A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 中国科学院福建物质结构研究所 一种MgZnO薄膜的制备设备系统和方法
US20120164354A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Canon Anelva Corporation Sputtering apparatus and manufacturing method of electronic device
CN103839641A (zh) * 2014-03-22 2014-06-04 沈阳中北真空设备有限公司 一种钕铁硼稀土永磁器件的混合镀膜设备及制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115244210A (zh) * 2020-07-01 2022-10-25 应用材料公司 用于在介电溅射期间减少工件中缺陷的等离子体腔室靶材
CN112981334A (zh) * 2021-02-05 2021-06-18 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体加工设备及对半导体加工设备进行清理的工艺

Also Published As

Publication number Publication date
TWI756401B (zh) 2022-03-01
KR20210102499A (ko) 2021-08-19
US10704139B2 (en) 2020-07-07
WO2018187139A1 (en) 2018-10-11
TW201903175A (zh) 2019-01-16
US20180291500A1 (en) 2018-10-11
KR20190126948A (ko) 2019-11-12

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