CN111411333A - 一种提高靶材镀膜均匀性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高靶材镀膜均匀性的方法，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理。本发明中，通过靶材加工工艺的改进达到去除表面应力层的目的，改善靶材在溅射初期过程中存在的镀膜均匀性不良问题，同时也提高了其在集成电路制造中阻挡Cu互连线的Cu原子扩散到其他介质层的能力，提高器件的性能和寿命；表面应力层会影响靶材的整体溅射寿命；此外，一旦表面应力层太厚，需要消耗更多的能耗利用Ar离子去轰击靶材表面将其去除，造成了材料的浪费。

Description

一种提高靶材镀膜均匀性的方法
技术领域
本发明涉及靶材领域，具体涉及一种提高靶材镀膜均匀性的方法。
背景技术
目前，半导体溅射用靶材用于高集成度以及细微结构的芯片生产。芯片生产的镀膜厚度的均匀性成为了一个重要的考虑。随着集成电路的发展，Cu互联技术逐步代替铝互联。Cu有易氧化、易扩散的缺点，很容易扩散入介质影响晶体管效能。在集成电路互联膜系中Ta/TaN双层膜因其优良的化学性能和热稳定性能被工业界广泛用作Cu与介质间的扩散阻挡层和粘附层。硅片上的膜层镀的太薄就会降低阻挡层的阻挡效果。如果膜层厚镀的太厚，会使膜层的电阻率升高，影响芯片的电性能。如CN110414131A公开了一种三明治结构Co靶材背板扩散焊组件中间层的选取方法，属于Co溅射靶材制造领域。通过建立三明治结构Co靶材背板扩散焊组件的受力数学模型，求解出靶材、中间层、背板中的应力与靶材、背板、中间层的热膨胀系数之间的关系。从而为三明治结构Co靶材背板扩散焊中间层的选取提供理论指导，降低Co靶材背板扩散焊组件的焊接残余应力，提高其可靠性。CN109807452A公开了一种高纯铝旋转靶的端头焊接方法，本发明的端头焊接方法分三步对端头焊接口或尾盖焊接口进行焊接，第一步为点焊接，第二步为弧段焊接，第三步为圆周焊接。本发明方法能防止高纯铝旋转靶材变形，铝合金端头与高纯旋转靶材的同轴度高，有效降低内应力的产生，铝合金端头与高纯旋转靶材的接口焊接效果好，焊接接口气密性好。
现有的靶材加工工艺由于表面存在残余应力层，且在焊接过程中靶材会发生变形，从而在机械加工过程中会有应力层的残留。因此，钽靶材在溅射过程中的镀膜均匀性不良问题产生率比较高，从而降低芯片制造的良率，甚至在靶材后期由于镀膜厚度的严重不均匀而必须要换新的靶材。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高靶材镀膜均匀性的方法，去除靶材表面产生的残余应力层，改善溅射过程中硅片上的膜层镀膜均匀性不良问题，提高芯片制造的良率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种提高靶材镀膜均匀性的方法，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理。
本发明中，通过靶材加工工艺的改进(包括增加整平和抛光工序以及调整机械加工中的切削条件)达到去除表面应力层的目的，改善靶材在溅射初期过程中存在的镀膜均匀性不良问题，同时也提高了其在集成电路制造中阻挡Cu互连线的Cu原子扩散到其他介质层的能力，提高器件的电性能和寿命；表面应力层会影响靶材的整体溅射寿命，一旦表面应力层太厚，需要消耗更多的能耗利用Ar离子去轰击靶材表面将其去除，造成了材料的浪费。
作为本发明优选的技术方案，所述整平完成后靶材的平面度＜0.1mm，例如可以是0.09mm、0.08mm、0.07mm、0.06mm、0.05mm、0.04mm、0.03mm、0.02mm或0.01mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述车削包括依次进行的第一车削和第二车削。
作为本发明优选的技术方案，所述第一车削完成后的余量为0.5-0.8mm，例如可以是0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm或0.8mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一车削的进刀量为0.5mm。
优选地，所述第一车削的切削速度为600-700m/min，例如可以是600m/min、605m/min、610m/min、615m/min、620m/min、625m/min、630m/min、635m/min、640m/min、645m/min、650m/min、655m/min、660m/min、665m/min、670m/min、675m/min、680m/min、685m/min、690m/min或700m/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第二车削进行10次。
优选地，每次车削的进刀量为0.05-0.08mm，例如可以是0.05mm、0.055mm、0.06mm、0.065mm、0.07mm、0.075mm或0.08mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，第二次车削的进刀量需依据第一次车削完成后的余量进行选择，以确保第二次车削10次之后第一次车削完成后的余量可以完全去除。
作为本发明优选的技术方案，所述第二车削的切削速度为350-400m/min，例如可以是350m/min、355m/min、360m/min、365m/min、370m/min、375m/min、380m/min、385m/min、390m/min、395m/min、或400m/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
金属材料在进行切削加工过程中，与刀具相接触的部分附近会产生塑性变形，同时在这一过程中伴随着材料和刀具接触所产生的热影响，因此加工后的表面存在着相当大的残余应力层。这种残余应力的大小以及分布会因切削条件和被切削材料的不同有着不同的表现，本发明中通过调整切削条件：第一车削，由于车削量大，加工后表面存在较大应力层。后续第二切削，车切削量小，所以加工后留下的表面应力小且只有薄薄的一层，最后采用抛光工艺将最后的表面应力层去除。
本发明中提及的加工工艺，对切削条件作了调整，每次进刀量调小，分多次车削，并且相应的切削速度较小，从而很好的达到去除应力层的效果。
作为本发明优选的技术方案，所述抛光包括依次进行的砂纸抛光和百洁布抛光。
作为本发明优选的技术方案，所述百洁布抛光中的百洁布为800#百洁布。
作为本发明优选的技术方案，所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra＜0.5μm，例如可以是0.4μm、0.38μm、0.36μm、0.34μm、0.32μm、0.30μm、0.28μm、0.26μm、0.24μm、0.22μm、0.2μm、0.18μm、0.16μm、0.14μm、0.12μm或0.1μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理；
其中，所述整平完成后靶材的平面度＜0.1mm；所述车削包括依次进行的第一车削和第二车削；所述第一车削完成后的余量为0.5mm；所述第一车削的进刀量为0.5mm；所述第一车削的切削速度为600-700m/min；所述第二车削进行10次；每次车削的进刀量为0.05mm；所述第二车削的切削速度为350-400m/min；所述抛光包括依次进行的砂纸抛光和百洁布抛光；所述百洁布抛光中的百洁布为800#百洁布；所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra＜0.5μm。
与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中，通过靶材加工工艺的改进(包括增加整平和抛光工序以及调整机械加工中的切削条件)达到去除表面应力层的目的，改善靶材在溅射初期过程中存在的镀膜均匀性不良问题，同时也提高了其在集成电路制造中阻挡Cu互连线的Cu原子扩散到其他介质层的能力，提高器件的性能和寿命，薄膜厚度均匀性显著提高，薄膜厚度均匀度最大可±0.5nm。
附图说明
图1是本发明实施例1中靶材加工完成后的照片
图2是本发明实施例5中靶材加工完成后的照片；
图3是本发明实施例5中靶材加工完成后表面镀膜均匀性的检测照片；
图4是本发明对比例5中靶材加工完成后的照片；
图5是本发明对比例5中靶材加工完成后表面镀膜均匀性的检测照片。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供了一种提高靶材镀膜均匀性的方法，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理；
其中，所述整平完成后靶材的平面度为0.08mm；所述车削包括依次进行的第一车削和第二车削；所述第一车削完成后的余量为0.5mm；所述第一车削的进刀量为0.5mm；所述第一车削的切削速度为640m/min；所述第二车削进行10次；每次车削的进刀量为0.05mm；所述第二车削的切削速度为350m/min；所述抛光包括依次进行的砂纸抛光和百洁布抛光；所述百洁布抛光中的百洁布为800#百洁布；所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra为0.4μm。
经过该方法处理后，所得靶材表面残余应力层有效的去除，改善了溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度为100±3nm。所得靶材表面如图1所示。
实施例2
本实施例提供了一种提高靶材镀膜均匀性的方法，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理；
其中，所述整平完成后靶材的平面度为0.01mm；所述车削包括依次进行的第一车削和第二车削；所述第一车削完成后的余量为0.8mm；所述第一车削的进刀量为0.5mm；所述第一车削的切削速度为600m/min；所述第二车削进行10次；每次车削的进刀量为0.08mm；所述第二车削的切削速度为380m/min；所述抛光包括依次进行的砂纸抛光和百洁布抛光；所述百洁布抛光中的百洁布为800#百洁布；所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra为0.3μm。
经过该方法处理后，所得靶材表面残余应力层有效的去除，改善了溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度为50±2nm。
实施例3
本实施例提供了一种提高靶材镀膜均匀性的方法，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理；
其中，所述整平完成后靶材的平面度为0.05mm，不包括端点；所述车削包括依次进行的第一车削和第二车削；所述第一车削完成后的余量为0.5mm；所述第一车削的进刀量为0.5mm；所述第一车削的切削速度为660m/min；所述第二车削进行10次；每次车削的进刀量为0.05mm；所述第二车削的切削速度为355m/min；所述抛光包括依次进行的砂纸抛光和百洁布抛光；所述百洁布抛光中的百洁布为800#百洁布；所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra为0.28μm。
经过该方法处理后，所得靶材表面残余应力层有效的去除，改善了溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度为60±2.5nm。
实施例4
本实施例提供了一种提高靶材镀膜均匀性的方法，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理；
其中，所述整平完成后靶材的平面度为0.07mm，不包括端点；所述车削包括依次进行的第一车削和第二车削；所述第一车削完成后的余量为0.5mm；所述第一车削的进刀量为0.5mm；所述第一车削的切削速度为630m/min；所述第二车削进行10次；每次车削的进刀量为0.05mm；所述第二车削的切削速度为370m/min；所述抛光包括依次进行的砂纸抛光和百洁布抛光；所述百洁布抛光中的百洁布为800#百洁布；所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra为0.15μm。
经过该方法处理后，所得靶材表面残余应力层有效的去除，改善了溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度为70±1nm。
实施例5
本实施例提供了一种提高靶材镀膜均匀性的方法，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理；
其中，所述整平完成后靶材的平面度为0.02mm，不包括端点；所述车削包括依次进行的第一车削和第二车削；所述第一车削完成后的余量为0.5mm；所述第一车削的进刀量为0.5mm；所述第一车削的切削速度为643m/min；所述第二车削进行10次；每次车削的进刀量为0.05mm；所述第二车削的切削速度为385m/min；所述抛光包括依次进行的砂纸抛光和百洁布抛光；所述百洁布抛光中的百洁布为800#百洁布；所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra为0.17μm。
经过该方法处理后，所得靶材表面残余应力层有效的去除，改善了溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度为80±0.5nm。所得靶材表面如图2所示，镀膜均匀性的测试结果如图3所示。
实施例6
本实施例提供了一种提高靶材镀膜均匀性的方法，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理；
其中，所述整平完成后靶材的平面度为0.047mm，不包括端点；所述车削包括依次进行的第一车削和第二车削；所述第一车削完成后的余量为0.5mm；所述第一车削的进刀量为0.5mm；所述第一车削的切削速度为666m/min；所述第二车削进行10次；每次车削的进刀量为0.05mm；所述第二车削的切削速度为377m/min；所述抛光包括依次进行的砂纸抛光和百洁布抛光；所述百洁布抛光中的百洁布为800#百洁布；所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra为0.47μm。
经过该方法处理后，所得靶材表面残余应力层有效的去除，改善了溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度为90±4nm。
对比例1
与实施例1的区别仅在于不进行整平，所得靶材表面残余应力层未有效的去除，溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度为100±5nm。
对比例2
与实施例1的区别仅在于不进行抛光，所得靶材表面残余应力层未有效的去除，溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度50±4.5nm。
对比例3
与实施例1的区别仅在于不进行车削，所得靶材表面残余应力层未有效的去除，溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度60±4.7nm。
对比例4
与实施例1的区别仅在于所述整平完成后靶材的平面度为0.3mm，所得靶材表面残余应力层未有效的去除，溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度70±4.8nm。
对比例5
与实施例1的区别仅在于所述第二车削进行5次，所得靶材表面残余应力层未有效的去除，溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度80±5.3nm。所得靶材表面如图4所示，镀膜均匀性的测试结果如图5所示。
对比例6
与实施例1的区别仅在于所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra为1μm，所得靶材表面残余应力层未有效的去除，溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度90±5.1nm。
对比例7
与实施例1的区别仅在于将整平和车削的次序调换，所得靶材表面残余应力层未有效的去除，溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度100±6nm。
对比例8
与实施例1的区别仅在于将整平和车削的次序调换，所得靶材表面残余应力层未有效的去除，溅射过程中存在的镀膜均匀性不良问题，薄膜厚度均匀度100±5.5nm。
上述实施例和对比例中镀膜均匀性通过Map薄膜厚度测绘仪进行检测。
通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明中，通过靶材加工工艺的改进(包括增加整平和抛光工序以及调整机械加工中的切削条件)达到去除表面应力层的目的，改善靶材在溅射初期过程中存在的镀膜均匀性不良问题，同时也提高了其在集成电路制造中阻挡Cu互连线的Cu原子扩散到其他介质层的能力，提高器件的性能和寿命。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种提高靶材镀膜均匀性的方法，其特征在于，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整平完成后靶材的平面度＜0.1mm。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述车削包括依次进行的第一车削和第二车削。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一车削完成后的余量为0.5-0.8mm；
优选地，所述第一车削的进刀量为0.5mm；
优选地，所述第一车削的切削速度为600-700m/min。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述第二车削进行10次；
优选地，每次车削的进刀量为0.05-0.08mm。
6.如权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，所述第二车削的切削速度为350-400m/min。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述抛光包括依次进行的砂纸抛光和百洁布抛光。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述百洁布抛光中的百洁布为800#百洁布。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra＜0.5μm。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将焊接完成的靶材依次进行整平、车削及抛光处理；
其中，所述整平完成后靶材的平面度＜0.1mm；所述车削包括依次进行的第一车削和第二车削；所述第一车削完成后的余量为0.5-0.8mm；所述第一车削的进刀量为0.5mm；所述第一车削的切削速度为600-700m/min；所述第二车削进行10次；每次车削的进刀量为0.05-0.08mm；所述第二车削的切削速度为350-400m/min；所述抛光包括依次进行的砂纸抛光和百洁布抛光；所述百洁布抛光中的百洁布为800#百洁布；所述抛光完成后靶材的表面粗糙度Ra＜0.5μm。
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