CN115110045A

CN115110045A - 成膜装置、溅射靶及半导体装置的制造方法

Info

Publication number: CN115110045A
Application number: CN202110811902.3A
Authority: CN
Inventors: 籏崎晃次
Original assignee: Kioxia Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2022-09-27
Also published as: US20220301837A1; JP2022143343A; TW202237874A

Abstract

本发明的实施方式提供能够提高成膜的生产率的成膜装置。一个实施方式的成膜装置具备包含成膜材料的靶、接合有靶的背板以及配置于背板的上方的磁铁。背板具有与磁铁相向的第一部分和由磁铁产生的磁场强度比第一部分低的第二部分，第一部分所含第一材料的热导率比第二部分所含第二材料的热导率高，并且第二材料的杨氏模量比第一材料的杨氏模量大。

Description

成膜装置、溅射靶及半导体装置的制造方法

相关申请

本申请享受以日本专利申请2021-043804号(申请日：2021年3月17日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请，包含基础申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及成膜装置、溅射靶及半导体装置的制造方法。

背景技术

成膜装置之一有等离子体溅射装置。等离子体溅射装置中，在半导体基板与靶之间产生等离子体。通过该等离子体，稀有气体进行离子化，稀有气体的离子与靶冲撞。结果是，原子从靶表面被溅射、堆积在半导体基板上。由此，将膜成膜成半导体基板。

发明内容

上述的成膜装置中，靶与背板接合。在溅射中向背板施加直流电力。该直流电力大时，促进稀有气体的离子化、成膜的生产率提高，而背板变得易于翘曲。为了抑制背板的翘曲量，有必要限制施加于背板的直流电力。因此，难以提高成膜的生产率。

本发明要解决的技术问题在于提供能够提高成膜的生产率的成膜装置、靶溅射及半导体装置的制造方法。

一个实施方式的成膜装置具备包含成膜材料的靶、接合有靶的背板以及配置于背板的上方的磁铁。背板具有与磁铁相向的第一部分和由磁铁产生的磁场强度比第一部分低的第二部分，第一部分所含第一材料的热导率比第二部分所含第二材料的热导率高，并且第二材料的杨氏模量比第一材料的杨氏模量大。

附图说明

图1为概略地表示一个实施方式的成膜装置的构成的示意图。

图2A为一个实施方式的背板的俯视图。

图2B为沿着图2A所示切割线X1-X1的截面。

图3为表示靶及背板的材料特性的表。

图4A为表示背板33的制造工序之一例的截面图。

图4B为表示图4A之后的制造工序的截面图。

图5A为比较例的背板的俯视图。

图5B为沿着图5A所示切割线X2-X2的截面。

图6A为未施加直流电力的比较例的背板的截面图。

图6B为施加了直流电力的比较例的背板的截面图。

图7为表示背板的直流电力与翘曲量的关系的图表。

符号说明

1：成膜装置、30：溅射靶、31：靶、32：接合材料、33：背板、50：磁铁、100：半导体基板、101：膜、331：第一部分、332：第二部分。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。本实施方式不限定本发明。

图1为概略地表示一个实施方式的成膜装置的构成的示意图。图1所示的成膜装置1为等离子体溅射装置，具备载物台10、腔室20、溅射靶30、冷却槽40和磁铁50。

在载物台10上载置作为成膜对象的半导体基板100。在载物台10上连接交流电源201。半导体基板100例如为硅基板。另外，在半导体基板100上通过溅射形成膜101。膜101为导电膜或绝缘膜。本实施方式中，膜101为氮化硅(SiN)膜。

腔室20收容载置于载物台10上的半导体基板100。载物台10设置在腔室20的底部。另外，溅射靶30设置在腔室20的上部。进而，在腔室20内设置导入稀有气体202的通气口(未图示)。稀有气体202例如可以使用氩(Ar)气或氮(N₂)气。

本实施方式中，腔室20是不锈钢。另外，在腔室20的内面上通过喷镀形成铝21层。通过该铝层21，可以在腔室20内抑制粉尘的发生。

溅射靶30具有靶31、接合材料32和背板33。

靶31与载物台10相向。靶31包含作为膜101堆积在半导体基板100上的成膜材料。成膜材料例如是以硼(B)为掺杂种的硅单晶。

接合材料32将靶31接合于背板33。接合材料32例如由铟(In)构成。

背板33在腔室20的上部保持靶31。背板33连接于直流电源203。这里，参照图2A及图2B对背板33的结构进行说明。

图2A为背板33的俯视图。另外，图2B是沿着图2A所示切割线X1-X1的截面。如图2A及图2B所示，背板33具有第一部分331和相邻于第一部分331的第二部分332。

第一部分331的平面形状是以背板33的中心为中心点的圆环状。第一部分331对应于磁铁50的旋转轨迹。因此，第一部分331的磁场强度比第二部分332的磁场强度高。

另一方面，第二部分332设置成内接于第一部分331的内接区域和外接于第一部分331的外接区域。设于内接区域的第二部分332的平面形状是圆形。另外，设于外接区域的第二部分332的平面形状是与第一部分331形成同心圆的圆环状。

图3为表示靶31及背板33的材料特性的表。

腔室20内，在磁铁50的正下方区域中，磁场强度变得最高。因此，在该正下方区域，稀有气体202最易被离子化。由此，经离子化的稀有气体202最多地冲撞于靶31的磁铁50的正下方区域、即与第一部分331相向的部分。结果是，在背板33中，第一部分331的温度变得最高、易于翘曲。

为了抑制伴随加热的背板33的翘曲，优选第一部分331中包含的第一材料的热导率比第二部分332中包含的第二材料的热导率高。因此，本实施方式中，第一材料为铜铬合金(CuCr)、第二材料为钨(W)或钼(Mo)。

根据图3所示的表，铜铬合金(CuCr)的热导率比钨(W)及钼(Mo)的各自的热导率都足够高。进而，铜铬合金(CuCr)的热导率比作为靶31的材料的硅(Si)单晶的热导率也足够高。因此，第一部分331可以对靶31所产生的热充分地进行放热。

此外，第一材料不限于铜铬合金(CuCr)，只要满足上述条件、即比第二材料高的热导率即可。例如，第一材料中也可以适用铝合金。

另外，为了抑制背板33的翘曲，优选背板33的刚性高。因此，本实施方式中，第二部分332所包含的第二材料的杨氏模量比第一部分331所包含的第一材料的杨氏模量大。根据图3所示的表，钨及钼的各自的杨氏模量均大幅度地大于铜铬合金的杨氏模量。

进而，本实施方式中，第二材料(钨或钼)与靶31的材料(硅单晶)之间的热膨胀率差比第一材料(铜铬合金)与靶31的材料之间的热膨胀率差小。因此，还可以避免因热膨胀率差所导致的靶31的破损。

以下，参照图4A及图4B，对背板33的制造工序的一部分进行说明。

首先，如图4A所示，形成圆形的金属板333。金属板333的材料为第二材料(钨或钼)。

接着，如图4B所示，将金属板333的一部分挖通成圆环状。金属板333中，挖通的部分334相当于第一部分331，剩余的部分相当于第二部分332。之后，在挖通的部分334中填充第一材料(铜铬合金)。由此，完成图2A及图2B所示的背板33。此外，背板33不限于用上述方法制造，也可以用其他方法制造。

返回至图1，在背板33的上面设置冷却槽40。向冷却槽40内流入及流出冷却水204。通过该冷却水204，将背板33冷却。

将磁铁50设置在冷却槽40内。磁铁50是按照以背板33的中心为轴进行旋转的方式所构成的永久磁铁。通过磁铁50的磁场，在腔室20内产生等离子体。

以下，对使用了上述成膜装置1的半导体装置的成膜工序进行说明。

首先，将半导体基板100载置在载物台10上。接着，使腔室20内为真空状态。接着，从交流电源201向载物台10施加交流电力，从直流电源203将直流电力施加至背板33。同时，旋转磁铁50，将稀有气体202导入至腔室20内。

稀有气体202通过在腔室20内发生的等离子体被离子化、冲撞于靶31。由此，硅原子由靶31溅射而得到。所溅射的硅原子堆积在半导体基板100的表面上，结果是膜101成膜在半导体基板100上。

以下参照图5A及图5B，对比较例的背板进行说明。图5A为比较例的背板的俯视图。另外，图5B是沿着图5A所示切割线X2-X2的截面。

如图5A及图5B所示，比较例的背板330不被划分为第一部分331和第二部分332。背板330由第一部分331的第一材料、即铜铬合金构成。

代替背板33、将本比较例的背板330安装在成膜装置1上，在半导体基板100上形成膜101时，对背板330施加直流电力。

图6A为未施加直流电力的背板330的截面图。另外，图6B为施加直流电力的背板330的截面图。

当对背板330施加直流电力时，通过溅射加热背板330。此时，背板330如图6B所示朝下翘曲。此时的翘曲量δ可以用下述式表示。

以下说明上述式的参数。

α1：背板33的材料的热膨胀率

α2：靶31的材料的热膨胀率

t：靶31的厚度

d：背板33的厚度

L：背板33的长度

ΔT：温度

图7为表示背板的直流电力与翘曲量的关系的图表。图7中，横轴表示施加于比较例的背板的直流电力。而纵轴表示背板的翘曲量δ。另外，虚线表示本比较例的背板330的特性。实线表示本实施方式的背板33的特性。

利用具备本比较例的背板330的等离子体溅射装置进行成膜时，施加于背板330的直流电力大时，则促进稀有气体202的离子化。因此，缩短成膜时间，结果是成膜的生产率提高。

但是，如上述式及图7所示，随着施加于背板330的直流电力增大，背板330的翘曲量δ也增大。该翘曲量δ增大，则将靶31接合于背板330的接合材料32变得易于疲劳破坏。接合材料32发生疲劳破坏时，有接合材料32的破片作为异物混入到膜101中的顾虑。

另一方面，本实施方式的背板33中，如图2A及图2B所示，由于与磁铁50的旋转轨迹相向，因此易于变成高温的第一部分331中使用热导率高的材料。另外，除了第一部分331之外的第二部分332使用杨氏模量高、与靶31的热膨胀率差小的材料。

因此，如图7所示，本实施方式的背板33与本比较例的背板330相比，相对于直流电力的翘曲量δ的变化变小。

因此，根据本实施方式，可以在背板33施加高的直流电力。由此，由于缩短了膜101的形成所需要的时间，因此可以提高成膜的生产率。此外，本实施方式中，对背板33施加直流电力，但也可以施加交流电力。此时，由于能够将高的交流电力施加于背板33，因此与施加直流电力时同样，可以缩短膜101的成膜时间、提高生产率。

进而，本实施方式中，背板33与靶31之间的热膨胀率差也减小。由此，由于在接合材料中抑制了疲劳破坏，因此避免了异物混入到膜101中。由此，还可以提高成膜的品质。

说明了本发明的数个实施方式，但这些实施方式是作为例子进行提示的，并不是为了限定发明的范围。这些实施方式可以以其他各种方式进行实施，在不脱离发明主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形与包含在发明范围或主旨中的同样，包含在权利要求所记载的发明及其均等的范围内。

Claims

1.一种成膜装置，其具备包含成膜材料的靶、接合有所述靶的背板以及配置于所述背板的上方的磁铁，

所述背板具有与所述磁铁相向的第一部分和由所述磁铁产生的磁场强度比所述第一部分低的第二部分，

所述第一部分所含第一材料的热导率比所述第二部分所含第二材料的热导率高，并且所述第二材料的杨氏模量比所述第一材料的杨氏模量大。

2.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，所述第二材料是所述杨氏模量大于300GPa的金属或合金。

3.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，所述第一材料是包含铜及铝的至少1个的金属。

4.根据权利要求2所述的成膜装置，其中，所述第二材料为包含钼及钨的至少1个的金属。

5.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，所述第二材料与所述成膜材料之间的热膨胀率差小于所述第一材料与所述成膜材料之间的热膨胀率差。

6.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，所述磁铁以所述背板的中心为轴进行旋转，所述第一部分与所述磁铁的旋转轨迹相向。

7.根据权利要求5所述的成膜装置，其中，所述第一部分的平面形状为圆环状。

8.根据权利要求7所述的成膜装置，其中，所述第二部分具有内接于所述第一部分的内接区域和外接于所述第一部分的外接区域，所述内接区域为圆形，所述外接区域为圆环状。

9.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，所述成膜材料为硅。

10.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，所述靶通过包含铟的接合材料与所述背板接合。

11.一种溅射靶，其具备包含成膜材料的靶和接合有所述靶的背板，所述背板具有第一部分和磁场强度比所述第一部分小的第二部分，并且所述第一部分所含第一材料的热导率比所述第二部分所含第二材料的热导率高，并且所述第二材料的杨氏模量比所述第一材料的杨氏模量大。

12.一种半导体装置的制造方法，其为通过对接合有包含成膜材料的靶的背板施加直流电力或交流电力，同时从配置于所述背板上方的磁铁产生磁场，从而在配置于所述靶下方的半导体基板上形成包含所述成膜材料的膜的半导体装置的制造方法，

其中，在所述背板上形成第一部分和由所述磁铁产生的磁场强度比所述第一部分低的第二部分，

所述第一部分由比所述第二部分具有更高热导率的第一材料形成，

所述第二部分由比所述第一材料具有更大杨氏模量的第二材料形成。