CN1500906A - 促进电弧喷射涂层的涂覆和功能的部件特征设计 - Google Patents
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Abstract
一种在溅射室工件上形成涂层的方法和装置。所述装置一般包括具有至少一个工件的溅射室。所述至少一个工件一般包括一个或者多个在其上形成的沟槽，所述沟槽被配置来定义电弧喷射涂层区域。所述方法一般包括在所述工件中形成一个或者多个沟槽，所述沟槽定义涂层区域并通过电弧喷射对所述涂层区域涂覆金属涂层。
Description
技术领域
本发明一般地涉及用于生产半导体器件的部件(hardware)的制造方法和装置。更具体地，本发明涉及降低衬底污染的电弧喷射溅射室部件。
背景技术
溅射是在半导体衬底上沉积材料层的一种方法。一般的溅射装置包括装入溅射室的靶和衬底支撑底座。靶包括被沉积在衬底上的材料。虽然溅射通常对于薄膜形成是有效的，但是在沉积室中的表面上而不是衬底表面上沉积的材料当室热循环时可能趋向于从室表面剥落或者破碎，尤其当已经累积了大量的材料时。
因此，为了降低这类污染，在半导体制造领域中存在对于降低由于累积在室部件上的被溅射粒子剥落或者破碎而发生的衬底污染的装置和方法的需要。
发明内容
本发明的实施例一般包括一个溅射室。溅射室一般包括至少一个其中形成有一个或者多个沟槽的工件，所述沟槽被配置来定义电弧喷射区域。
本发明的实施例还提供一种在溅射室工件上形成涂层的方法。该方法一般包括在工件中的一个或多个沟槽处形成定义要被涂层区域的沟槽，以及在由这些沟槽定义的边界中喷射金属喷射涂层来将沟槽填充至理想厚度。
附图说明
为了在一种方式中使上面陈述的本发明的特征能够被详细地理解，上面被简要总结的本发明的更具体的描述应当参考实施例，其中一些实施例在附图中被举例说明。但是应当注意，因为本发明可以采用其他等同有效的实施例，附图仅示例说明本发明的典型实施例并且因此不应认为是限定其范围。
图1是溅射室的示例图。
图2是包括促进涂覆的沟槽的沉积环的侧视图。
具体实施方式
图1是溅射室100的示例图。溅射室100一般包括溅射室围壁102，所述围壁具有至少一个被耦合到处理气体源106的气体入口104以及被耦合到排气泵110的排气出口108。如传统公知的，衬底支撑底座112一般被布置在溅射室100的下面的部分，靶114被安装至或者形成溅射室100的上面的部分。衬底支撑底座112一般被支撑在例如静电吸盘(chuck)的吸盘装置132上，来将工件或者衬底122保持在衬底支撑底座112的表面上。衬底支撑底座112还可以包括从支撑112径向延伸并且限定整个支撑112边界的法兰134。该法兰134支撑沉积环113。因为衬底支撑底座112一般难以从溅射室100中取出来清洁，所以沉积环113一般用来防止在衬底支撑底座112边缘上的沉积。
靶114具有前表面116以及至少一个侧表面118。一般地，靶是圆盘形的，于是具有唯一的圆周侧表面118。交流电源120被可操作地耦合到衬底支持底座112，以便从交流电源120发出的交流动力信号可以通过衬底支撑底座112耦合到位于其上的衬底122。
靶114通过绝缘构件124与溅射室围壁102电隔离。溅射室围壁102最好被接地。通过直流电源128在靶114上维持负电压(相对于接地的溅射室围壁102)。控制器130被可操作地耦合到直流电源128、气体入口104、排气出口108以及交流电源120。
在操作中，气体(例如氩)以由控制器130调整的选定的流率通过气体入口104被充入溅射室100。控制器130还通过调节气体经过排气出口108被抽出的速率来调整溅射室压力。因此，虽然在溅射过程中保持了恒定的室压，但是对溅射室100仍提供了连续的新处理气体的供应。
施加在靶114上的负电压将处理气体激发为等离子状态。来自等离子体的离子轰击靶114，引起靶原子从其上被溅射。被溅射的靶原子从靶114沿着直线轨迹行进，然后沉积在衬底122上。
被溅射的靶原子的一些部分可能在等离子体中发散，最后累积在溅射室100中的其他表面上，包括靶114的侧表面118以及沉积环113。如前面所述的，没有沉积在衬底上的被溅射的靶原子在这里被称作被溅射粒子。没有牢固地附着在靶114的侧表面118的一部分被溅射粒子，当溅射室100热循环时，可能会从其上剥落或者破碎。这种剥落或者破碎的被溅射粒子可能沉淀在衬底122上，并从而污染衬底122。累积在绝缘构件124上的任何被溅射粒子都可能引起溅射室围壁102和靶114之间的电短路。这种电短路可能引起溅射室100故障。因此，一般安装挡板126来防止被溅射粒子在绝缘构件124上累积，并同时防止被溅射粒子在溅射室围壁表面102上累积，因为粒子可能从其上破碎，造成衬底污染的潜在来源。
在降低由于被溅射粒子从溅射室100的部件上剥落或者破碎而发生的衬底污染的努力中，已经使用了各种方法。例如，对溅射室100中的部件可以涂覆涂层，例如金属喷射涂层。这种涂层一般具有粗糙的表面光洁度，例如大于约200微英寸的表面粗糙度(RA)。涂层一般具有足够的厚度以防止被溅射粒子的破碎。虽然厚度要依赖于被进行的具体的溅射处理，但是从约150微米到约500微米的涂层厚度一般是足够的。另外，涂层一般是与被溅射粒子热膨胀系数相近的材料。例如，涂层可以是铝、钛或者其他一些金属。涂层的粗糙度可以大大增加处理室部件和在其上累积的被溅射粒子之间的附着力。
电弧喷射是一种热喷射技术，其中呈例如粉末、细线或者棒状的材料被加进喷管或者喷枪，并且被加热至接近或者超过材料熔点的温度。然后所产生的材料在气流中被加速，并且被输送到要被涂覆的表面。在典型的电弧喷射处理中，要被沉积的材料采用两种带相反电荷的细线的形式，所述细线放在一起以便在细线尖端的交点产生受控的电弧。通过一股压缩空气或者其他气体，在尖端的熔化材料被雾化并且被推动到要被涂覆的表面上。电弧喷射处理一般提供了高的沉积率，并且是相对低成本的处理。
然而，电弧喷射一般是不可控的，这导致不能约束喷射的位置、厚度、粗糙度和在局部表面上喷射后的涂层的其他性质。因此，需要一种改进的方法来向溅射室部件提供表面粗糙度。
图2是包括促进涂覆的第一沟槽200和第二沟槽201的沉积环113的侧视图。沉积环113一般包括围绕衬底支撑底座112的边缘延伸的边缘部分202。沟槽200和201被精确地加工到沉积环113内，从而提供电弧喷射控制以及当喷射多部件时的可重复性。第一沟槽一般具有内部表面203。内部表面203一般定义电弧喷射涂层的内部的界限。第二沟槽201一般包括外部表面207以及作为电弧喷射涂层外部界限的内部表面205。电弧喷射涂层可以包括任何能够在工件上提供粗糙化的表面的金属涂层。在一个具体实施例中，涂层提供了从约700微英寸到约900微英寸的表面粗糙度。金属涂层可以是氧化铝。例如，在一个具体实施例中，金属涂层可以是纯度约99.5％的氧化铝。沟槽200和201一般具有倒圆(rounded)的表面/边缘，而不是粗糙的表面或者边缘，由此涂层可以附着。具有低的表面公差(例如其他部分之间的临界距离)的工件承受由沟槽200和201的距离以及深度决定的预定的涂层厚度。例如，涂层厚度一般是从约0.001英寸到约0.020英寸。在一个具体实施例中，涂层厚度是从约0.006英寸到约0.009英寸。虽然厚度一般在涂层区域中是预定的，但是在整个涂层区域的不同位置涂层厚度可以不同。形成沟槽200和201的方法是本领域技术人员公知的。
沟槽200和201还便于进行掩模处理来进一步阻止沉积环113的错误喷涂。不要被涂覆的表面可以用掩模覆盖，该掩模在涂层被涂覆于部件之后被去除。因为工件之间的可重复性，掩模可以容易地被应用于沟槽200和201的表面。
虽然本发明的实施例主要被描述为应用于沉积环，但是在溅射室100内的任何表面都可以通过使用本发明而获益。例如，这里描述的实施例可以被应用于遮盖环、室侧壁、靶、背板或者暗区挡板。本发明的实施例还可以在具有线圈(没有示出)的传统高密度等离子型溅射室中使用。
虽然前文是针对于本发明的实施例，但是不脱离其基本范围可以作出本发明的其他和进一步的实施例，其范围由所附权利要求确定。
Claims (20)
1.一种溅射室，包括：
至少一个其中形成有一个或者多个沟槽的工件，所述沟槽被配置来定义其上形成有涂层的电弧喷射涂层区域。
2.根据权利要求1所述的溅射室，其中，所述工件是沉积环。
3.根据权利要求2所述的溅射室，其中，所述电弧喷射涂层区域被配置为在其上沉积有从约0.001英寸到约0.020英寸厚度的涂层。
4.根据权利要求2所述的溅射室，其中，所述电弧喷射涂层区域被配置为在其上沉积有从约0.006英寸到约0.009英寸厚度的涂层。
5.根据权利要求2所述的溅射室，其中，所述沉积环由钛构成。
6.根据权利要求1所述的溅射室，其中，所述工件是靶。
7.根据权利要求1所述的溅射室，其中，所述涂层包括氧化铝。
8.根据权利要求7所述的溅射室，其中，所述涂层对所述电弧喷射涂层区域提供从约150微米到约500微米的表面粗糙度。
9.一种在溅射室工件上形成涂层的方法，包括：
在工件中形成一个或者多个沟槽，所述沟槽定义涂层区域；以及
通过电弧喷射在所述涂层区域形成涂层。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括对所述一个或者多个沟槽进行掩蔽来防止在工件上的过度喷射。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述工件是沉积环。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述涂层具有从约0.001英寸到约0.020英寸的厚度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述涂层具有从约0.006英寸到约0.009英寸的厚度。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或者多个沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一和第二沟槽具有内部表面和外部表面。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述涂层区域由所述第一沟槽的所述外部表面和所述第二沟槽的所述外部表面定义。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个沟槽的位置被传送给喷射器来定义涂层区域。
17.一种溅射室沉积环，包括：
在其上形成的一个或者多个沟槽，所述沟槽被配置来定义电弧喷射涂层区域，所述喷射涂层区域具有在其上形成的涂层，所述涂层在涂层区域中提供从约150微米到约500微米的表面粗糙度。
18.根据权利要求16所述的溅射室沉积环，其中，所述一个或者多个沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一和第二沟槽具有内部表面和外部表面。
19.根据权利要求17所述的溅射室沉积环，其中，所述涂层区域由所述第一沟槽的所述外部表面和所述第二沟槽的所述外部表面定义。
20.根据权利要求16所述的溅射室沉积环，其中，所述至少一个沟槽沿着所述沉积环的整个外围延伸。
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