CN112359334A - 一种靶材组件及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种靶材组件及其加工方法，所述加工方法包括以下步骤：(1)结合靶材与背板，得到第一靶材组件；(2)机加工步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处进行防脱落处理，得到靶材组件；步骤(3)所述防脱落处理包括滚花、喷砂与熔射。本发明在传统靶材组件只有喷砂的基础上增加了滚花与熔射，进一步增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，长期且有效地解决了溅射过程中发生反溅射物脱落的风险。
Description
技术领域
本发明属于靶材领域，涉及靶材组件，尤其涉及一种靶材组件及其加工方法。
背景技术
磁控溅射镀膜是半导体器件制造过程中非常重要的一项薄膜形成工艺。典型的磁控溅射镀膜过程是将靶材晶圆放在真空环境中，充入惰性气体氩气，将靶材置于正极，硅片置于负极，在电场的作用下，氩气电离分解成氩离子，氩离子在电场的作用下轰击金属靶材的表面使靶材的金属原子溅射到硅片表面。在磁控溅射过程中，高速离子轰击靶材溅射区，溅射出的金属离子除了会沉积在晶圆表面，也会沉积在腔室的其他表面，包括靶材的非溅射区。由于等离子气氛的能量较高，重新沉积在靶材非溅射区的原子会再次溢出，形成反溅射物，造成溅射过程中反溅射物脱落的风险。为了解决这一问题，人们普遍采用的方法是在靶材边缘增加喷砂区域，以此增加靶材边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘。然而这种方法只能短期内解决问题，长时间溅射后仍会出现反溅射物脱落的现象，从而影响靶材使用寿命和晶圆薄膜纯度。
CN108611608A公开了一种靶材组件及加工方法，所述靶材组件包括靶材以及用于承载靶材的背板，所述靶材侧面与所述背板正面的交界位置设置有经喷砂处理形成的环绕溅射面的喷砂区域，所述喷砂区域具有整齐的喷砂线，从而在靶材的溅射过程中不会引发溅射异常，使得半导体芯片的生产能够顺利进行。尽管所述喷砂区域短期内可防止反溅射物的脱落，但是使用后期仍旧会出现脱落问题。
CN102011085A公开了一种防着板表面处理方法，所述方法包括：提供表面光滑的防着板；对所述防着板的防着面进行图案化处理，形成凹凸不平的防着面；在所述防着面进行喷砂处理；将进行喷砂处理后的防着面进行熔射处理。在光滑的防着板的表面进行图案化、喷砂和熔射处理后，使得防着板表面达到防腐蚀、防锈、耐磨、润滑、表面粗糙化、吸附、绝缘、绝热等目的。同样可以使得防着板的防着面达到均匀的粗糙度；使得防着板更加容易吸附靶材原子或大尺寸的颗粒，使其不掉落在基片上，从而增加了防着板的沉淀能力，提高了溅射机内壁清洁度与溅镀的成膜率，延长了防着板的使用寿命。然而当前溅射靶材由于表面处理不合理，导致溅射过程异常，靶材寿命短等问题。
CN1763241A公开了一种溅射靶用背衬板，所述背衬板防止了与靶材结合时出现的翘曲问题，减小了合金薄膜的膜沉积应力，省去了翘曲的矫平处理，防止了安置在靶材和背衬板之间硬钎料的破裂，从而能够长期进行稳定的膜沉积操作。然而所述发明并不能解决反溅射物脱落的问题。
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由此可见，如何有效且长期地解决溅射过程中发生反溅射物脱落的风险，增加靶材边缘粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，成为了目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种靶材组件及其加工方法，增加了靶材边缘粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，有效且长期地解决了溅射过程中发生反溅射物脱落的风险。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种靶材组件的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)结合靶材与背板，得到第一靶材组件；
(2)机加工步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；
(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处进行防脱落处理，得到靶材组件；
步骤(3)所述防脱落处理包括滚花、喷砂与熔射。
本发明所述防脱落处理在传统靶材组件只有喷砂的基础上增加了滚花与熔射，进一步增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，长期且有效地解决了溅射过程中发生反溅射物脱落的风险。
优选地，步骤(1)所述结合的方式为先将靶材进行热塑性变形，再将所述靶材与背板相结合。
本发明中，先将靶材进行热塑性变形以细化靶材内部晶粒组织结构，减少材料内部缺陷，然后将靶材的一面机加工出螺纹形成螺纹面，将螺纹面作为焊接面与背板相结合并施加较高压力，靶材与背板在高压环境下经过原子扩散焊接在一起，即得到第一靶材组件。
优选地，步骤(2)所述机加工的方式包括切削、磨平或抛光中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括切削与磨平的组合，磨平与抛光的组合，切削与抛光的组合，或切削、磨平与抛光的组合。
本发明中，所述机加工作用于第一靶材组件的表面，使得第一靶材组件的表面更为光滑，有利于后续对其进行防脱落处理。
优选地，步骤(3)所述滚花的区域为背板上滚花线与靶材组件连接线之间的区域；所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线；所述滚花线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为10-20mm，例如可以是10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述滚花的花纹密度为20-60TPI，例如可以是20TPI、25TPI、30TPI、35TPI、40TPI、45TPI、50TPI、55TPI或60TPI，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述滚花的花纹深度为100-200μm，例如可以是100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述滚花的花纹图案包括三角形、菱形、正方形、圆形、折线形或波浪形中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括三角形与菱形的组合，菱形与正方形的组合，正方形与圆形的组合，圆形与折线形的组合，或折线形与波浪形的组合。
本发明中，所述滚花增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附能力增强，避免了反溅射物质的脱落，延长了靶材使用寿命，提升了晶圆薄膜纯度。
优选地，步骤(3)所述喷砂的区域为靶材侧面喷砂线与靶材组件连接线之间的区域；所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线；所述喷砂线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为5-10mm，例如可以是5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述熔射的区域在所述喷砂的区域范围内，且熔射的区域占据喷砂的区域比例为50-90％，例如可以是50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述靶材组件在喷砂区域的基础上增加了熔射区域，进一步增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附能力增强，避免了反溅射物质的脱落，延长了靶材使用寿命，提升了晶圆薄膜纯度。
优选地，步骤(3)所述喷砂与熔射的顺序为先喷砂后熔射。
本发明中，所述喷砂将细沙打在靶材表面，使得靶材表面形成坑洼，从而变得粗糙；再进行所述熔射，铝丝通过短路后会融化，从而形成铝点落在喷砂区域范围内。若靶材表面过于光滑，熔射的铝点无法粘附在靶材表面，因此需要先喷砂后熔射以增加靶材组件边缘的粗糙度。
优选地，步骤(3)所述喷砂的表面粗糙度为5-10μm，例如可以是5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm或10μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述熔射的表面粗糙度为12-25μm，例如可以是12μm、15μm、17μm、19μm、21μm、23μm或25μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值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，所述加工方法包括以下步骤：
(1)先将靶材进行热塑性变形，再将所述靶材与背板相结合，得到第一靶材组件；
(2)机加工步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；所述机加工的方式包括切削、磨平或抛光中的任意一种或至少两种的组合；
(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处进行滚花、喷砂与熔射处理，得到靶材组件；所述滚花的区域为背板上滚花线与靶材组件连接线之间的区域，所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线，所述滚花线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为10-20mm，所述滚花的花纹密度为20-60TPI，花纹深度为100-200μm，花纹图案包括三角形、菱形、正方形、圆形、折线形或波浪形中的任意一种或至少两种的组合；所述喷砂的区域为靶材侧面喷砂线与靶材组件连接线之间的区域，所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线，所述喷砂线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为5-10mm，所述熔射的区域在所述喷砂的区域范围内，且熔射的区域占据喷砂的区域比例为50-90％，所述喷砂与熔射的顺序为先喷砂后熔射，且喷砂的表面粗糙度为5-10μm，熔射的表面粗糙度为12-25μm。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的加工方法制备得到的靶材组件。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明在传统靶材组件只有喷砂的基础上增加了滚花与熔射，进一步增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，长期且有效地解决了溅射过程中发生反溅射物脱落的风险，延长了靶材使用寿命，提升了晶圆薄膜纯度。
附图说明
图1是本发明提供的靶材组件加工方法流程图；
图2是实施例1提供的靶材组件示意图；
图3是对比例1提供的靶材组件示意图。
其中：10-滚花区域；11-滚花线；20-喷砂区域；21-喷砂线；30-单纯喷砂区域；31-第一喷砂线；32-第二喷砂线。
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。
实施例1
本实施例提供一种如图1所示的靶材组件加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)先将靶材进行热塑性变形，再将所述靶材与背板相结合，得到第一靶材组件；
(2)切削、磨平与抛光步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；
(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处进行滚花、喷砂与熔射处理，得到如图2所示的靶材组件；滚花区域10为背板上滚花线11与靶材组件连接线之间的区域，所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线，所述滚花线11上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为15mm，所述滚花的花纹密度为40TPI，花纹深度为150μm，花纹图案为三角形；喷砂区域20为靶材侧面喷砂线21与靶材组件连接线之间的区域，所述喷砂线21上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为7.5mm，熔射区域在喷砂区域20范围内，且熔射区域占据喷砂区域20比例为70％，所述喷砂与熔射的顺序为先喷砂后熔射，且喷砂的表面粗糙度为7.5(±0.5)μm，熔射的表面粗糙度为18.5(±0.5)μm。
本发明在传统靶材组件只有喷砂的基础上增加了滚花与熔射，进一步增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，长期且有效地解决了溅射过程中发生反溅射物脱落的风险，延长了靶材使用寿命，提升了晶圆薄膜纯度。
实施例2
本实施例提供一种如图1所示的靶材组件加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)先将靶材进行热塑性变形，再将所述靶材与背板相结合，得到第一靶材组件；
(2)切削并磨平步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；
(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处进行滚花、喷砂与熔射处理，得到靶材组件；滚花区域为背板上滚花线与靶材组件连接线之间的区域，所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线，所述滚花线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为18mm，所述滚花的花纹密度为50TPI，花纹深度为180μm，花纹图案为正方形；喷砂区域为靶材侧面喷砂线与靶材组件连接线之间的区域，所述喷砂线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为9mm，熔射区域在喷砂区域范围内，且熔射区域占据喷砂区域比例为80％，所述喷砂与熔射的顺序为先喷砂后熔射，且喷砂的表面粗糙度为9(±0.5)μm，熔射的表面粗糙度为20(±0.5)μm。
本发明在传统靶材组件只有喷砂的基础上增加了滚花与熔射，进一步增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，长期且有效地解决了溅射过程中发生反溅射物脱落的风险，延长了靶材使用寿命，提升了晶圆薄膜纯度。
实施例3
本实施例提供一种如图1所示的靶材组件加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)先将靶材进行热塑性变形，再将所述靶材与背板相结合，得到第一靶材组件；
(2)切削并抛光步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；
(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处进行滚花、喷砂与熔射处理，得到靶材组件；滚花区域为背板上滚花线与靶材组件连接线之间的区域，所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线，所述滚花线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为12mm，所述滚花的花纹密度为30TPI，花纹深度为120μm，花纹图案为折线形；喷砂区域为靶材侧面喷砂线与靶材组件连接线之间的区域，所述喷砂线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为6mm，熔射区域在喷砂区域范围内，且熔射区域占据喷砂区域比例为60％，所述喷砂与熔射的顺序为先喷砂后熔射，且喷砂的表面粗糙度为6(±0.5)μm，熔射的表面粗糙度为15(±0.5)μm。
本发明在传统靶材组件只有喷砂的基础上增加了滚花与熔射，进一步增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，长期且有效地解决了溅射过程中发生反溅射物脱落的风险，延长了靶材使用寿命，提升了晶圆薄膜纯度。
实施例4
本实施例提供一种如图1所示的靶材组件加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)先将靶材进行热塑性变形，再将所述靶材与背板相结合，得到第一靶材组件；
(2)切削步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；
(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处进行滚花、喷砂与熔射处理，得到靶材组件；滚花区域为背板上滚花线与靶材组件连接线之间的区域，所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线，所述滚花线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为20mm，所述滚花的花纹密度为60TPI，花纹深度为200μm，花纹图案为折线形与波浪形的组合；喷砂区域为靶材侧面喷砂线与靶材组件连接线之间的区域，所述喷砂线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为10mm，熔射区域在喷砂区域范围内，且熔射区域占据喷砂区域比例为90％，所述喷砂与熔射的顺序为先喷砂后熔射，且喷砂的表面粗糙度为10(±0.5)μm，熔射的表面粗糙度为25(±0.5)μm。
本发明在传统靶材组件只有喷砂的基础上增加了滚花与熔射，进一步增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，长期且有效地解决了溅射过程中发生反溅射物脱落的风险，延长了靶材使用寿命，提升了晶圆薄膜纯度。
实施例5
本实施例提供一种如图1所示的靶材组件加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)先将靶材进行热塑性变形，再将所述靶材与背板相结合，得到第一靶材组件；
(2)抛光步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；
(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处进行滚花、喷砂与熔射处理，得到靶材组件；滚花区域为背板上滚花线与靶材组件连接线之间的区域，所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线，所述滚花线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为10mm，所述滚花的花纹密度为20TPI，花纹深度为100μm，花纹图案为菱形；喷砂区域为靶材侧面喷砂线与靶材组件连接线之间的区域，所述喷砂线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为5mm，熔射区域在喷砂区域范围内，且熔射区域占据喷砂区域比例为50％，所述喷砂与熔射的顺序为先喷砂后熔射，且喷砂的表面粗糙度为5(±0.5)μm，熔射的表面粗糙度为12(±0.5)μm。
本发明在传统靶材组件只有喷砂的基础上增加了滚花与熔射，进一步增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，长期且有效地解决了溅射过程中发生反溅射物脱落的风险，延长了靶材使用寿命，提升了晶圆薄膜纯度。
对比例1
本对比例提供一种靶材组件加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
(1)先将靶材进行热塑性变形，再将所述靶材与背板相结合，得到第一靶材组件；
(2)切削、磨平与抛光步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；
(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处只进行喷砂处理，得到如图3所示的靶材组件；单纯喷砂区域30为背板上第一喷砂线31与靶材边缘第二喷砂线32之间的区域；所述第一喷砂线31上的任一点与靶材组件连接线的距离为15mm，所述第二喷砂线32上的任一点与靶材组件连接线的距离为7.5mm，所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线；喷砂的表面粗糙度为7.5(±0.5)μm。
相较于实施例1，本对比例在靶材组件边缘只进行了喷砂处理，虽然一定程度上增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，但是只在短期内起到了防脱落效果，无法长期避免反溅射物脱落的风险。在相同的使用环境及使用频率下，本对比例提供的靶材组件使用寿命与晶圆薄膜纯度均不及实施例1提供的靶材组件。
由此可见，本发明在传统靶材组件只有喷砂的基础上增加了滚花与熔射，进一步增大了靶材组件边缘的粗糙度，使反溅射的金属原子吸附在靶材边缘表面，长期且有效地解决了溅射过程中发生反溅射物脱落的风险，延长了靶材使用寿命，提升了晶圆薄膜纯度。
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)
1.一种靶材组件的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
(1)结合靶材与背板，得到第一靶材组件；
(2)机加工步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；
(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处进行防脱落处理，得到靶材组件；
步骤(3)所述防脱落处理包括滚花、喷砂与熔射。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(1)所述结合的方式为先将靶材进行热塑性变形，再将所述靶材与背板相结合。
3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，步骤(2)所述机加工的方式包括切削、磨平或抛光中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的加工方法，其特征在于，步骤(3)所述滚花的区域为背板上滚花线与靶材组件连接线之间的区域；所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线；所述滚花线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为10-20mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的加工方法，其特征在于，步骤(3)所述滚花的花纹密度为20-60TPI；
优选地，步骤(3)所述滚花的花纹深度为100-200μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的加工方法，其特征在于，步骤(3)所述滚花的花纹图案包括三角形、菱形、正方形、圆形、折线形或波浪形中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1-6任一项所述的加工方法，其特征在于，步骤(3)所述喷砂的区域为靶材侧面喷砂线与靶材组件连接线之间的区域；所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线；所述喷砂线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为5-10mm；
优选地，步骤(3)所述熔射的区域在所述喷砂的区域范围内，且熔射的区域占据喷砂的区域比例为50-90％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的加工方法，其特征在于，步骤(3)所述喷砂与熔射的顺序为先喷砂后熔射；
优选地，步骤(3)所述喷砂的表面粗糙度为5-10μm；
优选地，步骤(3)所述熔射的表面粗糙度为12-25μm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
(1)先将靶材进行热塑性变形，再将所述靶材与背板相结合，得到第一靶材组件；
(2)机加工步骤(1)所得第一靶材组件，得到第二靶材组件；所述机加工的方式包括切削、磨平或抛光中的任意一种或至少两种的组合；
(3)对步骤(2)所得第二靶材组件的靶材与背板连接处进行滚花、喷砂与熔射处理，得到靶材组件；所述滚花的区域为背板上滚花线与靶材组件连接线之间的区域，所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线，所述滚花线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为10-20mm，所述滚花的花纹密度为20-60TPI，花纹深度为100-200μm，花纹图案包括三角形、菱形、正方形、圆形、折线形或波浪形中的任意一种或至少两种的组合；所述喷砂的区域为靶材侧面喷砂线与靶材组件连接线之间的区域，所述靶材组件连接线为所述靶材与背板连接处的交界线，所述喷砂线上的任一点与所述靶材组件连接线的距离为5-10mm，所述熔射的区域在所述喷砂的区域范围内，且熔射的区域占据喷砂的区域比例为50-90％，所述喷砂与熔射的顺序为先喷砂后熔射，且喷砂的表面粗糙度为5-10μm，熔射的表面粗糙度为12-25μm。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的加工方法制备得到的靶材组件。
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