CN110670031A - 一种钽环及制备方法、包含钽环的溅射装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钽环及制备方法、包含钽环的溅射装置及其应用,所述钽环包括环件以及设置在环件表面的花纹,所述花纹呈锥形凹坑状;锥形凹坑状花纹具有较大的比表面积,当在用于溅射过程中,能够附着较大量的溅射源,并且具有较好的附着力,此外花纹呈现锥形凹坑状,锥形凹坑的顶部朝向环件内部,相邻两个锥形凹坑的底部相连,呈现平面状的结构,而非带有尖端的结构,因此能够避免在通电过程中出现的尖端放电的现象,从而提高钽环的使用寿命。钽环的制备方法简单,仅需滚花处理即可,无需进行表面锐化处理,即能保证得到的钽环对溅射源具有较好的吸附能力以及吸附量的前提下,不会出现尖端放电的情况。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域,涉及一种钽环及制备方法、包含钽环的溅射装置及其应用。
背景技术
目前,在半导体结构表面形成电极膜通常采用溅射的方法。溅射是一种物理气相淀积(PVD)的镀膜方式,其是用带电粒子轰击靶材,使靶材发生表面原子碰撞并发生能量和动量的转移,靶材原子从表面逸出并淀积在衬底上的过程。利用溅射工艺可在衬底表面形成金属、合金或电介质薄膜。
由于带电粒子轰击靶材的方向是不确定的,导致从靶材表面逸出的靶材原子的方向性较差,即靶材原子会从各个角度脱离靶材表面,之后沿直线到达衬底表面,进而使得靶材原子对衬底表面内接触孔或通孔的底部和侧壁覆盖能力差,以及对台阶的侧壁覆盖能力也很差,因此为了在接触孔或通孔的底部和侧壁以及台阶的侧壁取得较好的覆盖效果,通常采用准直溅射。准直溅射通常在溅射设备中安置环件结构,以约束溅射粒子的运动轨迹,也就是说,所述环件结构在溅射过程中起到聚焦高能量粒子的作用。
CN108942110A公开了一种环件肩部滚花的加工工艺,涉及半导体的技术领域,包括肩部车削:通过R角成型刀直接车削环件的内圈与端面直角处以及外圈与端面直角处,形成内圈R角、外圈R角以及内外圈衔接端面;肩部滚花:通过R角滚花刀将内圈R角、外圈R角以及内外圈衔接端面进行滚花。该发明提供一种环件肩部滚花的加工工艺,能够精密设计R角尺寸,通过数据管控滚花位置,保证花纹衔接完美且无乱花碎花等问题,增加产品附着面积,延长产品使用寿命,但是该滚花方法得到的花纹的尖端是位于环件外部,会出现尖端易放电的情况,从而会影响钽环的寿命。
CN109277771A公开了一种溅射环件用凸结体滚花方法,包括:提供凸结体;对所述凸结体的表面进行滚花。相较于常规的喷砂处理,滚花操作能够使所述凸结体表面获得更高的粗糙度,增强凸结体表面吸附颗粒物的能力,避免发生颗粒物剥落现象,但是其附着区域较小,致使附着的溅射源较少。
因此,提供一种能够增加溅射源的附着面积以及附着力,且溅射过程中国不易出现尖端放电的钽环非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钽环及制备方法、包含钽环的溅射装置及其应用,钽环中环件表面设置有锥形凹坑状花纹,当在用于溅射过程中,能够附着较大量的溅射源,并且具有较好的附着力,能够改变轰击离子的入射角,从而提高溅射的产额,此外能够避免在通电过程中出现的尖端放电的现象,从而提高钽环的使用寿命。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的目的之一在于提供一种钽环,所述钽环包括环件以及设置在环件表面的花纹,所述花纹呈锥形凹坑状。
本发明中钽环包括环件和设置在环件表面的呈锥形凹坑状的花纹,花纹具有较大的比表面积,当在用于溅射过程中,能够附着较大量的溅射源,并且具有较好的附着力,花纹为锥形,能够改变轰击离子的入射角,从而提高溅射的产额,此外花纹呈现锥形凹坑状,锥形凹坑的顶部朝向环件内部,相邻两个锥形凹坑的底部相连,呈现平面状的结构,而非带有尖端的结构,因此能够避免在通电过程中出现的尖端放电的现象,从而提高钽环的使用寿命。
在本发明中,所述环件包括环体,所述环体包括轴向相背的两个圆环形端面以及设置于两个圆环形端面之间且径向相背的外圆周面和内圆周面,所述外圆周面和两个圆环形端面相垂直。
在本发明中,所述花纹设置在所述环件的外圆周面、内圆周面以及两个圆环形端面表面。
本发明中环体包括外圆周面、内圆周面以及两个圆环形的端面,在钽环用于溅射过程中时,溅射的范围会比较大,钽环位于溅射源和待溅射的基材层之间,在溅射过程中,环体的外圆周面、内圆周面以及两个圆环形的端面均为吸附溅射源,因此,在设置花纹时,环件的整个外表面均设置有花纹;此外为保证更多的吸附溅射源,环件的外表面布满锥形凹坑状花纹。
在本发明中,当在外圆周面设置锥形凹坑时,锥形凹坑的顶点是朝向环体的轴线,当在内圆周面设置锥形凹坑时,锥形凹坑的顶点是背向环体的轴线,当在两个圆环形端面设置锥形凹坑时,上端面的锥形凹坑的顶点是朝下的,而下端面的锥形凹坑的顶点是朝上的。
在本发明中,所述环件还包括位于所述环体外圆周面上的凸台,所述凸台未连接所述环体的一端的端面内设置有螺孔。
在本发明中,所述花纹呈圆锥形凹坑状和/或棱锥形凹坑状。
本发明中花纹呈圆锥形凹坑状和/或棱锥形凹坑状,其具有较大的比表面积,便于溅射过程中溅射源的沉积,此外便于改变轰击离子的入射角,从而提高溅射的产额。
在本发明中,所述棱锥形凹坑状为正棱锥形凹坑状。
在本发明中,所述棱锥形凹坑状包括正三棱锥凹坑状、正四棱锥凹坑状、正五棱锥凹坑状或正六棱锥凹坑状中的任意一种或至少两种的组合,优选正四棱锥凹坑状。
本发明中花纹为圆锥形的凹坑状时,相邻圆锥形凹坑底面的圆以外切的方式进行连接。
本发明中花纹时棱锥形的凹坑状是,相邻棱锥形凹坑底面是通过共同的边进行连接的。
在本发明中,所述锥形凹坑状的顶点朝向环件的内部。
在本发明中,所述环件表面的相邻两个锥形凹坑状的花纹通过底面相连。
在本发明中,所述环体中轴向相背的两个圆环形端面的最短距离为45-50mm,例如45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、50mm等。
在本发明中,所述环体中外圆周面和内圆周面的最短距离为3.3-3.9mm,例如3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm等。
在本发明中,所述环体为实心结构。
在本发明中,所述锥形凹坑状的深度为0.5-0.7mm,例如0.5mm、0.52mm、0.55mm、0.57mm、0.6mm、0.62mm、0.65mm、0.67mm、0.7mm等。
在本发明中,所述锥形凹坑状的底面面积为1-2mm2,例如1mm2、1.1mm2、1.2mm2、1.3mm2、1.4mm2、1.5mm2、1.6mm2、1.7mm2、1.8mm2、1.9mm2、2mm2等。
本发明中通过控制花纹的大小,从而能够调节钽环对溅射源的吸附能力以及控制溅射的入射角。
在本发明中,所述花纹的面密度为0.5-1个/mm2。
本发明中,通过设置锥形凹坑状的尺寸以及锥形凹坑状的个数,从而控制钽环具有较高的比表面积以及对溅射源具有较好的入射角,从而提高溅射产额。
本发明的目的之二在于提供一种钽环的制备方法,所述制备方法包括:对环件表面进行滚花处理,得到所述钽环。
本发明中钽环的制备方法简单,无需另外进行粗糙化处理,主要是因为本发明中锥形凹坑状花纹的顶部位于环件的内部,一方面具有较高的比表面积,便于溅射源的吸附,此外在通电过程中不会出现尖端放电的现象,无需进行锐化处理。
在本发明中,所述滚花处理是通过滚花轮进行处理的。
在本发明中,装配所述滚花轮和环件,使所述滚花轮体部的滚画面与环件的待滚花面相接触。
在本发明中,通过所述滚花轮对环件的待滚花面施加过盈压力,进行滚花处理。
在本发明中,向所述滚花轮施加过盈压力的过盈量不高于20%。
本发明的目的之三在于提供一种溅射装置,所述溅射装置包括基材层、设置在基材层上方的溅射靶材,以为位于溅射靶材和基材层之间的钽环,所述钽环为目的之一所述的钽环。
本发明中溅射装置包括基材层、溅射靶材以及位于溅射靶材和基材层之间的钽环,钽环在溅射该过程中能够起到聚焦和净化的作用,当在溅射过程中,钽环能够吸附较大量的溅射源,且溅射源和钽环具有较高的结合强度,此外在溅射过程中,钽环是通电的,能够有效避免在通电过程中出现的尖端放电的现象,从而提高钽环的使用寿命。
本发明的目的之四在于提供一种如目的之三所述的溅射装置在半导体溅射工艺中的应用。
在本发明中,所述应用包括:粒子通过轰击溅射靶材产生颗粒物,颗粒物部分沉积在基材层表面,另一部分吸附在通电的钽环表面。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明中钽环包括环件和设置在环件表面的呈锥形凹坑状的花纹,花纹具有较大的比表面积,当在用于溅射过程中,能够附着较大量的溅射源,并且具有较好的附着力,此外花纹呈现锥形凹坑状,锥形凹坑的顶部朝向环件内部,相邻两个锥形凹坑的底部相连,呈现平面状的结构,而非带有尖端的结构,因此能够避免在通电过程中出现的尖端放电的现象,从而提高钽环的使用寿命。钽环的制备方法简单,仅需滚花处理即可,无需进行表面锐化处理,即能保证得到的钽环对溅射源具有较好的吸附能力以及吸附量的前提下,不能出现尖端放电的情况。
附图说明
图1为本发明实施方式中钽环的结构示意图;
其中,1为环体,2为凸台,1-1为圆环形端面,1-2为外圆周面,1-3为内圆周面;
图2为本发明实施方式中花纹的结构示意图;
图3为本发明实施方式中钽环的圆环形端面的扫描电镜图;
图4为本发明实施方式中溅射装置的结构示意图;
其中,3为基材层,4为溅射靶材,5为钽环。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
本实施方式在于提供一种钽环,如图1所示,包括环件以及设置在环件上的花纹,其中环件包括环体1和位于环体外圆周面上的凸台2,其中环体包括轴向相背的两个圆环形端面1-1以及设置于两个圆环形端面1-1之间且径向相背的外圆周面1-2和内圆周面1-3,所述外圆周面1-2和内圆周面1-1与两个圆环形端面1-1相垂直。
本实施方式中,环体的形状为实心圆环,内圆周面和外圆周面为实心圆环的内外两个侧面,两个圆环形端面为实心圆环的上下两个底面,本发明中对实心圆环的高度、形成的内圆半径以及外圆半径不做具体限定,本领域技术人员可根据实际需要进行调整,但是保证内外圆周面、外圆周面以及两个圆环形端面上均能设置合适大小的锥形花纹。
本实施方式中,为保证后续溅射过程中,溅射源和钽环具有较大的接触面积和结合力,花纹的形状为锥形凹坑状,当在外圆周面设置锥形凹坑时,锥形凹坑的顶点是朝向环体的轴线,锥形凹坑的底面位于外圆周面上;当在内圆周面设置锥形凹坑时,锥形凹坑的顶点是背向环体的轴线,锥形凹坑的底面位于内圆周面上;当在两个圆环形端面设置锥形凹坑时,上端面的锥形凹坑的顶点是朝下的,锥形凹坑的底面位于上端面上,而下端面的锥形凹坑的顶点是朝上的,锥形凹坑的底面位于下端面上;即在环件表面开设的花纹,呈现锥形凹坑状,锥形凹坑状的顶点均是朝向环件的内部,锥形凹坑状的底面设置在环件表面,这样可以避免出现花纹顶点朝外在通电过程中出现的容易放电的情况,通过设置这样的花纹形状,一方面能够避免在通电过程中出现的放电情况,另一方面能够增加溅射源的附着面积,并能调整溅射源的入射角,从而提高溅射源和环件的附着强度,从而提高钽环的使用寿命。
本实施方式中对具体锥形凹坑的具体形状不做具体限定,本领域技术人员可根据实际需要进行调整,仅需要满足具有较大的比表面积,能够和溅射源具有充分的接触面积,此外保证顶点和底面具有合适的角度,便于溅射源具有合适的入射角。本实施方式中示例性提供了锥形凹坑的结构,如圆锥形凹坑和/或棱锥形凹坑,其中优选棱锥形凹坑,是因为棱锥形凹坑可以保证更大的比表面积,优选棱锥形凹坑为正棱锥型凹坑,可以保证更大的比表面积,正棱锥形凹坑状优选包括正三棱锥凹坑状、正四棱锥凹坑状、正五棱锥凹坑状或正六棱锥凹坑状中的任意一种或至少两种的组合,图2为花纹是正四棱锥凹坑状的示意图,从图2可以看出,花纹为若干个相连的正四棱锥凹坑,相邻的正四棱锥凹坑是通过底边相连的。图3为钽环的圆环形端面的扫描电镜图,标尺为1mm,从图3可以看出,正四棱锥的顶点是朝向钽环内部的,且钽环表面呈现平面结构。
本实施方式中,锥形凹坑的深度为0.5-0.7mm,锥形凹坑的底面面积为1-2mm2,具体数值的选择本领域技术人员可根据实际需要进行调整。
本实施方式中,所述花纹的面密度为0.5-1个/mm2,在该面密度范围内,并结合具体的锥形凹坑的深度以及底面面积,使得后续溅射过程中溅射源和钽环具有较大的接触面积以及附着强度,并能有效的调节溅射源在溅射过程中的入射角。
本实施方式中,凸台的一端与环体的外圆周面相连,另一端内设置有螺孔,螺孔内部设置有内螺纹,用于和保护帽连接密封螺孔,避免在溅射过程中溅射源进入螺孔内部。
本实施方式中钽环的制备方法包括:装配滚花轮和环件,使滚花轮体部的滚花面与环件的待滚画面相接触,施加过盈压力,进行滚花处理,按照此方法对钽环中环件需要滚花的面均进行滚花处理。
本实施方式中施加过盈压力的过盈量不高于20%,在进行滚花过程中,如果过盈压力过低,则容易使形成花纹的深度过低,形成的环件结构容易在使用过程中出现剥落的问题,如果过盈应力太大,则容易造成能源浪费、增加工艺难度的问题。
本实施方式中,在制备过程中,仅需进行滚花处理,而无需进行粗糙处理,即能保证得到的钽环在用于溅射过程中不会出现尖端放电的情况,且能够和溅射源具有较大的接触面积,而在常规技术中,花纹的尖端均是朝外的,需要对尖端进行粗糙处理,尽可能减少尖端放电的情况,但是在进行粗糙处理的过程中,会有一部分尖端被磨平,相当于花纹的比表面减小,比表面积减小,则相对于的沉积的溅射源的量也会减少。
本实施方式还提供一种溅射装置,如图4所示,包括基材层3、设置在基材层3上方的溅射靶材4,以及位于溅射靶材4和基材层3之间的钽环5。
本实施方式中,高能粒子轰击溅射靶材颗粒物,部分沉积在基材层表面,还有部分吸附在环件的表面,采用本实施方式中的钽环,一方面具有较大的比表面积,能够更多的沉积溅射源,并能够和溅射源具有较好的结合强度,此外,在通电过程中不会出现尖端放电的现象,能够大大增加了钽环的使用寿命。
申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种钽环,其特征在于,所述钽环包括环件以及设置在环件表面的花纹,所述花纹呈锥形凹坑状。
2.根据权利要求1所述的钽环,其特征在于,所述环件包括环体,所述环体包括轴向相背的两个圆环形端面以及设置于两个圆环形端面之间且径向相背的外圆周面和内圆周面,所述外圆周面和内圆周面与两个圆环形端面相垂直;
优选地,所述花纹设置在所述环件的外圆周面、内圆周面以及两个圆环形端面表面。
3.根据权利要求1或2所述的钽环,其特征在于,所述环件还包括位于所述环体外圆周面上的凸台,所述凸台未连接所述环体一端的端面内设置有螺孔;
优选地,所述螺孔的内部设置有内螺纹,用于和保护帽连接密封所述螺孔。
4.根据权利要求1-3任一项所述的钽环,其特征在于,所述花纹呈圆锥形凹坑状和/或棱锥形凹坑状;
优选地,所述棱锥形凹坑状为正棱锥形凹坑状;
优选地,所述棱锥形凹坑状包括正三棱锥凹坑状、正四棱锥凹坑状、正五棱锥凹坑状或正六棱锥凹坑状中的任意一种或至少两种的组合,优选正四棱锥凹坑状。
5.根据权利要求1-4任一项所述的钽环,其特征在于,所述环体中轴向相背的两个圆环形端面的最短距离为45-50mm;
优选地,所述环体中外圆周面和内圆周面的最短距离为3.3-3.9mm;
优选地,所述环体为实心结构;
优选地,所述锥形凹坑状的深度为0.5-0.7mm;
优选地,所述锥形凹坑状的底面面积为1-2mm2;
优选地,所述锥形凹坑状的顶点均朝向环体的内部。
6.根据权利要求1-5任一项所述的钽环,其特征在于,所述花纹的面密度为0.5-1个/mm2。
7.根据权利要求1-6任一项所述的钽环的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:对环件表面进行滚花处理,得到所述钽环。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述滚花处理是通过滚花轮进行处理的;
优选地,装配所述滚花轮和环件,使所述滚花轮体部的滚花面与环件的待滚花面相接触;
优选地,通过所述滚花轮对环件的待滚花面施加过盈压力,进行滚花处理;
优选地,向所述滚花轮施加过盈压力的过盈量不高于20%。
9.一种溅射装置,其特征在于,所述溅射装置包括基材层、设置在基材层上方的溅射靶材,以及位于溅射靶材和基材层之间的钽环,所述钽环为权利要求1-6任一项所述的钽环。
10.根据权利要求9所述的溅射装置在半导体溅射工艺中的应用;
优选地,所述应用包括:粒子通过轰击溅射靶材产生颗粒物,所述颗粒物中一部分沉积在基材层表面,另一部分吸附在通电的钽环表面。
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