CN1582343A - 物理汽相淀积靶结构以及处理物理汽相淀积靶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包括一种处理物理汽相淀积靶的方法(100)。该靶具有溅射表面(136)和在该溅射表面的周缘处的侧壁边缘(105)。该方法包括将一工具压在该侧壁边缘上，以在该靶的侧壁边缘中形成印迹(140)的分布。接着该工具(120)被从该侧壁边缘移去，留下延伸到该侧壁边缘中的印迹。本发明还包括一种物理汽相淀积靶。该靶包括具有外周缘的溅射表面和沿该溅射表面的外周缘的侧壁边缘。该侧壁边缘具有在其中延伸的重复的印迹图案。

Description

物理汽相淀积靶结构以及处理物理汽相淀积靶的方法
技术领域
本发明涉及物理汽相淀积靶结构以及处理物理汽相淀积靶的方法。
发明背景
物理汽相淀积方法(其包括，例如，溅射方法)在需要薄膜的制造工艺中具有广泛的应用。例如，溅射工艺经常被使用在半导体加工应用中，用于在整个半导体基底上形成薄膜。
参看图1描述示范性溅射工艺。具体地，所示出的装置10包括在半导体基底14上方的物理汽相淀积靶12。为了帮助理解下面的权利要求书，术语“半导电基底”和“半导体基底”被定义为任何包括半导电材料的结构，包括，但不限于，块状半导电材料，例如半导电晶片(单独的或在其上包括有其它材料的组件中)、和半导电材料层(单独的或在包括其它材料的组件中)等。术语“基底”是指任何支撑结构，包括但不限于上述半导电基底。
靶12具有溅射表面15。在操作中，离子或原子(未示出)撞击溅射表面15，并被用以将材料从溅射表面向基底14喷射。喷射的材料用向下的箭头示出。该箭头是示出相对于物理汽相淀积靶的喷射的材料的标准方式。喷射的材料的可选描述是将该材料表示为云状物16，因为喷射的材料通常具有雾状外形。喷射的材料有沿三个维度方向移动的趋势，而不是仅向基底14移动，因此，喷射的材料中的一些回到靶12。
所示的装置示出粘合到垫板18的靶12。此外，所示的靶12包括与溅射表面15的周缘相接的侧壁表面20。同样，所示出的垫板18包括与靶12的侧壁表面20共同延伸的侧壁表面22。云状物16部分覆盖表面20和22，因此从溅射表面15喷射的材料再沉积在侧壁表面20和22上。
在半导体器件制造中再沉积的材料是难以解决的。在一个示范性工艺中，靶12包括钛，且在含氮气体中被溅射，以在基底14上溅射-淀积一层氮化钛。图2示出在氮化钛淀积在基底14的表面上后的基底14的展开图。具体地，图2示出靶14具有在其中延伸的开口30，以及淀积的氮化钛膜32在基底14上延伸并在开口30内延伸。开口30可最终被用于半导体器件的制造。开口30具有一宽度，且半导体器件加工持续的目标是减小半导体元件的宽度，以使较高密度的元件能形成在半导体基底的相同面积上。从而，半导体器件制造的持续目标是在具有更狭窄的宽度的开口内实现薄膜的均匀淀积。当开口30的宽度减小时遇到一个问题，即，相对于大开口不成问题的小颗粒杂质变得相对于小开口成问题。一种示范性杂质是图2所示的薄片34，所示出的薄片34部分堵塞开口30。薄片34可由再淀积在靶12的侧壁表面20上且随后从靶12落到基底14的表面上的材料形成。薄片34可使形成想要的与开口30相关的器件变得困难或甚至不可能。因此，理想的是，在溅射操作过程中避免或防止再淀积的材料的薄片从靶表面落到半导体基底上。
发明内容
一方面，本发明包括处理物理汽相淀积靶的方法。该靶具有溅射表面以及在溅射表面的周缘处的侧壁边缘。该方法包括将工具压在侧壁边缘上以在靶的侧壁边缘中形成印迹的分布。接着将工具从侧壁边缘移走，留下延伸进侧壁边缘的印迹。
另一方面，本发明包括物理汽相淀积靶。该靶包括溅射表面，该溅射表面具有外周缘以及沿该溅射表面的外周缘的侧壁边缘。该侧壁边缘具有在其中延伸的重复的印迹图案。
附图简要说明
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。
图1是现有技术物理汽相淀积装置的一部分的示意性截面图。
图2是根据现有技术溅射方法加工的半导体晶片的局部截面图。
图3是物理汽相淀积靶/垫板结构的示意性截面图。
图4是示出图3的结构在图3的加工步骤之后的加工步骤的视图。
图5是图4所示结构的顶视图，其中线4-4表示相应于图4的截面切口。
图6是示出图5所示的结构的侧视图，在用于根据本发明的方法形成印迹的预备加工步骤中示出。
图7是示出图6所示结构在图6的加工步骤之后的加工步骤的视图。
图8是示出图5所示结构在本发明的第二实施例方法的预备步骤的示意性侧视图。
图9是示出本发明的第三实施例方法的单块物理汽相淀积靶的侧视图。
图10是可在本发明的方法中使用的一个印迹图案的照片。
图11是可在本发明的方法中使用的另一印迹图案的照片。
优选实施例的详细描述
本发明包括可被用来避免或防止在本发明的“背景”部分中所述的问题，即薄片从物理汽相淀积靶的侧壁表面落到靶下面的基底表面上的方法。参看图3-7描述本发明的第一实施例方法。
首先参看图3，示出了物理汽相淀积结构100。结构100包括结合到垫板104的物理汽相淀积靶102。靶102可任何陶瓷材料或金属材料，且在特定实施例中可包含钛。例如，靶102可由高纯度钛(其中高纯度表示纯度至少为99.995％)构成。
垫板104可包括导电材料(例如铜等)，且可使用常规方法结合到靶102，例如焊接结合等。
靶102包括溅射表面103。溅射表面103具有外周缘，靶102包括沿溅射表面103的周缘的侧壁边缘105。更具体地，侧壁边缘105在角107处与溅射表面103相连。
垫板104包括与侧壁边缘105共同延伸的侧壁边缘109，还包括在侧壁边缘109底部的凸缘115。该具体示出的垫板104和靶102的形状大致与垫板/靶结构的商用实施例一致。应当理解，示出的结构是示范性结构，且本发明的工艺可与其它靶/垫板结构一起使用。
参看图4，示出在将角107(图3)进行倒角、从而用倒角111代替后的结构100。具体地，将图3所示的锐角107锉平、磨光或用其它方法使其经受处理，去除材料102的一些以形成在侧壁表面105和溅射表面103之间延伸的角区110(或者其可被称为倒角区110)。将图3所示锐角107用倒角111代替可被称为倒斜角操作。为了理解本发明以及下面的权利要求书，术语“倒斜角”可指其中以第一角度开始的角用倒角代替、从而用两个角度比第一角度大的角代替的任何操作。倒角111可包括，例如，从约0.06英寸到约0.10英寸的斜角。
图5是图4所示结构的顶视图，且示出结构100可具有圆形顶面。因此，溅射表面103的外周缘可是圆形。图5所示的结构是示范性结构，且可理解，本发明可使用具有其它形状的靶结构，特别地，可使用具有非圆形表面形状的靶结构。
参看图6，图5所示结构以侧视图示出。还示出安装到轴122上的工具120。工具120包括表面124，该表面124具有在其上形成的突起126。工具120和轴122优选被如此配置，使得表面124压在靶102的表面105上且可转动，以使突起126在表面105内形成印迹。所示出的轴线130表示工具120的转动，且所示出的另一轴线132表示工具120在整个表面105上移动。工具120可被称为滚花刀具，且由工具120完成的操作可被称为滚花。在实践中，轴122可连接到马达和支撑结构(未示出)，该马达和支撑结构使轴122转动且向侧壁105压轴122和附着的工具120。需要指出的是，虽然本发明是参考工具120的转动和移动描述的，可理解，在表面105内形成印迹的过程中可用靶结构100的移动代替工具120的移动，或与工具120同时运动，或除了用工具120还用其它工具一起移动靶结构120。例如，可将靶结构100放在手动车床上并使其以相对于工具120以从约20rpm到约60rpm的速度转动。不管是否使工具120移动，都使靶结构100移动，或使工具120和靶120同时移动，靶结构相对于工具120移位。
参看图7，示出工具120横穿表面105后的结构100。突起126已留下延伸进靶102的表面105的印迹140。印迹140可包括，例如，精细的、中等的、或粗糙的近似菱形或锯齿状，且可被形成以产生由从约20点/英寸(ppi)到约100ppi、更典型地由从约40ppi到约80ppi的限定的滚花表面。该印迹形成与工具120上的印迹图案相对应的重复图案142。图7被简化，其中示出与在工具120中可见的图案的互补图案精确地相对应的图案142。在实践中，工具120通常具有圆形表面124，因而在图5和图6中可见的图案仅是工具120上图案的一部分。从而由工具120形成的重复图案所包括的图案多于在图6和图7的侧视图中可见的图案。无论如何，在图6和图7中所示的基本原理是正确的，因为工具120形成延伸进靶102的表面105的印迹140的重复图案。图7所示印迹140优选完全环绕表面105形成，从而将围绕用于诸如图5所示的圆形靶等的溅射表面103。
在所示出的实施例中，印迹140仅沿侧壁表面105形成，而不沿垫板104的表面109、或沿倒角111的倒角区110形成。所示出的实施例是一个优选实施例，且可理解，本发明可包括其它实施例，其中印迹沿表面109和表面110中的一个或二者形成(参见，例如，图8)。然而，在表面109内形成印迹可使垫板的重复利用变得复杂。特别地，在靶使用过程中，对于用坏的靶来说，将其从垫板移去且随后用另一靶代替是常有的。如果印迹在垫板109内形成，通常必须除去或清除在溅射操作中在表面109上形成的再淀积材料，这将使垫板104的重复利用变得复杂。因此，理想的是使表面109保持光滑。
印迹140可避免或防止在本发明中的“背景”部分中所述的问题。具体地，印迹140可保留在溅射操作过程中在侧壁105上形成的再淀积材料，从而在溅射操作过程中可避免或防止再淀积材料的薄片从表面105脱落从而落到基底上。
在本发明的方法中可使用任何印迹图案。图10和图11示出两个示范性图案。
设置倒角111是为了避免具有在溅射表面103的外区形成锐边。具体地，如果在图3所示的结构(即，在其上不形成倒角角的结构)上执行滚花操作，则在侧壁105与溅射表面103相连的角107处出现尖锐的边缘。当物理汽相淀积靶102的材料被正在压进靶102的材料的工具120的突起126向外推时，就可出现这样的尖锐的角。这样在可具有卷边、弯边或其它从其延伸的不均匀边的角107处形成边缘。在溅射工艺中这样的不均匀边可使靶102的使用变得复杂。倒角111的形成使靶103的外缘即使在印迹在侧壁表面105内形成后也能够保持均匀。
尽管在表面105内形成印迹140之前结合形成角111示出和描述了本发明，但是可理解，角111也可在形成印迹以后形成。特别地，上述关于不均匀边缘形成的问题可通过去除边缘而得到缓解。因此，在印迹区140形成后可将该边缘锉平、倒斜角、或进行倒角。然而，可发现，如果在压印之前而不是压印之后进行倒角，将更易形成环绕溅射表面136的均匀边缘。由压印而形成的不均匀边缘可使倒角操作变得复杂，从而通常在侧壁表面105中形成印迹之前执行倒角更方便。
当然，尽管根据在靶中形成印迹之前靶结合到垫板的结构示出和描述了本发明，但是可理解，可选地，在靶被结合到垫板之前，将印迹形成在靶的侧壁中。然而，如果在将靶结合到垫板之前形成印迹，就会产生困难。具体地，常常使用焊料将靶结合到垫板，且在结合操作过程中焊料的一些偶尔从靶和垫板之间喷出。如果在将靶结合到垫板之间将印迹形成在靶中，则喷出的焊料可在印迹中淀积且很难去除。同样，垫板104可提供方便的柄，用于在滚花操作过程中操纵靶102，其还可提供用于在靶的侧壁表面内形成印迹之前将靶102安装到垫板上的优点。
当在侧壁表面105中形成印迹140后，移去工具120，且可在溅射操作中使用靶105。
在参看图6和图7所述的操作中形成印迹的过程中，工具120可直接放在靶105上。然而，可发现，优选的是在工具120和靶105之间提供润滑液(例如油等)。这样可减轻从工具120刮擦的材料落到靶105上，也可减轻从靶105刮擦的材料到工具120上。优选的是，工具120由比靶105的材料更硬的材料制成。
参看图8描述本发明的另一实施例，图8示出了用工具160处理过的图4和图5所示结构100的侧视图，该工具160被配置成横跨垫板104的表面109和靶102的表面105延伸。所示出的工具160连接到轴162，该轴162被配置成当工具160沿着轴线132移动并横跨表面105和109时，能使工具160绕轴线130旋转。图8的实施例将在垫板表面109中形成印迹，也在靶表面105中形成印迹，且当在表面105中形成印迹同时在表面109中形成印迹。
参看图9描述本发明的另一实施例，其示出单块靶200的侧视图。本领域的普通技术人员所熟知的是，单块靶是一种被构造成不用垫板来应用的靶。因此，靶200包括图6和图7所示的靶/垫板结构的形状。靶200包括溅射表面203、沿溅射表面203的周缘延伸的侧壁表面205、在表面205和203之间延伸的倒角边缘210、以及凸缘215。所示出的工具220绕轴线230旋转并压在表面205上。工具220包括凸起226，其将在表面205内形成与结合图6和图7所述的印迹140类似的印迹。工具220被安装在轴222上，该轴222被配置成使工具旋转并将工具压在表面205上。而且，工具220被配置成沿由轴线230所指示的方向相对于表面205移位，从而印迹完全围绕溅射表面203形成。图9所示配置和图6和图7所示配置之间的区别是工具220被设置成完全沿着凸缘215和倒角边缘210之间的侧壁205延伸。
根据图9的方法形成的靶将使整个侧壁表面具有印迹，且因此可减轻或防止在溅射淀积工艺过程中薄片从侧壁表面落下。
需要指出，本文所述的方法是用于形成由本发明所包括的物理汽相淀积靶的示范性方法，且可使用其它方法。例如，靶可被模制成具有设置在其中的印迹图案的形状，从而可不使用滚花工具形成图案。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1、一种处理物理汽相淀积靶的方法，其中所述物理汽相淀积靶具有溅射表面和紧邻所述溅射表面的周缘的侧壁边缘，该方法包括：
将工具压在所述侧壁边缘上，以在所述靶的侧壁边缘中形成印迹的分布；以及
将所述工具从所述侧壁边缘移去。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述印迹的分布在所述侧壁边缘上形成重复图案。
3、根据权利要求1所述的方法，其中所述印迹呈近似菱形形状。
4、根据权利要求1所述的方法，其中所述物理汽相淀积靶包括金属材料。
5、根据权利要求1所述的方法，其中所述物理汽相淀积靶包括钛。
6、根据权利要求1所述的方法，其中所述物理汽相淀积靶包括陶瓷材料。
7、根据权利要求1所述的方法，其中所述侧壁边缘在角处与所述溅射表面相连，且该方法还包括在所述按压前对所述角进行倒角。
8、根据权利要求1所述的方法，其中所述侧壁边缘在角处与所述溅射表面相连，且该方法还包括在所述按压后对所述角进行倒角。
9、根据权利要求1所述的方法，其中所述物理汽相淀积靶周缘是圆形，其中所述侧壁边缘环绕所述圆形周缘，且该方法还包括在所述按压过程中将所述工具相对于所述靶移位以环绕所述圆形靶周缘移动所述工具。
10、根据权利要求9所述的方法，还包括在所述按压过程中在所述工具和所述靶周缘之间设置液体润滑剂。
11、根据权利要求1所述的方法，还包括将所述靶结合到垫板，且其中在将所述工具压在所述侧壁边缘上之前发生所述结合。
12、根据权利要求11所述的方法，其中所述垫板具有与所述物理汽相淀积靶的侧壁边缘共同延伸的侧壁边缘，且其中所述工具没有压在所述垫板的该侧壁边缘上。
13、根据权利要求11所述的方法，其中所述垫板具有与所述物理汽相淀积靶的侧壁边缘共同延伸的侧壁边缘，且其中在所述靶的所述侧壁边缘中形成印迹期间，所述工具压在所述垫板的所述侧壁边缘上，以在所述垫板的所述侧壁边缘中形成印迹。
14、一种物理汽相淀积靶，包括：
具有外周缘的溅射表面；以及
沿所述溅射表面的外周缘的侧壁边缘；所述侧壁边缘具有在其中延伸的重复的印迹图案。
15、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，包括金属材料。
16、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，包括钛。
17、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，包括陶瓷材料。
18、根据权利要求14所述的结合到垫板的物理汽相淀积靶；其中所述垫板具有与所述物理汽相淀积靶的侧壁共同延伸的侧壁；且印迹不在所述垫板侧壁中。
19、根据权利要求14所述的结合到垫板的物理汽相淀积靶；其中所述垫板具有与所述物理汽相淀积靶的侧壁共同延伸的侧壁，且印迹是在所述垫板侧壁中。
20、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶；其中所述周缘是圆形，其中所述侧壁完全环绕所述圆形外周缘延伸，且其中所述重复图案完全环绕所述圆形外周缘延伸。
21、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，其中所述侧壁通过倒角的角与所述溅射表面相连。
22、根据权利要求21所述的物理汽相淀积靶，其中所述倒角的角包括在所述侧壁和所述溅射表面之间延伸的倒角区，且印迹不延伸到所述倒角区中。
23、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，其中所述印迹呈近似菱形形状。
24、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，其中所述重复的印迹图案包括滚花。

Claims (23)

1、一种处理物理汽相淀积靶的方法，其中所述物理汽相淀积靶具有溅射表面和紧邻所述溅射表面的周缘的侧壁边缘，该方法包括：
将工具压在所述侧壁边缘上，以在所述靶的侧壁边缘中形成印迹的分布；以及
将所述工具从所述侧壁边缘移去。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述印迹的分布在所述侧壁边缘上形成重复图案。
3、根据权利要求1所述的方法，其中所述印迹呈近似菱形形状。
4、根据权利要求1所述的方法，其中所述物理汽相淀积靶包括金属材料。
5、根据权利要求1所述的方法，其中所述物理汽相淀积靶包括钛。
6、根据权利要求1所述的方法，其中所述物理汽相淀积靶包括陶瓷材料。
7、根据权利要求1所述的方法，其中所述侧壁边缘在角处与所述溅射表面相连，且该方法还包括在所述按压前对所述角进行倒角。
8、根据权利要求1所述的方法，其中所述侧壁边缘在角处与所述溅射表面相连，且该方法还包括在所述按压后对所述角进行倒角。
9、根据权利要求1所述的方法，其中所述物理汽相淀积靶周缘是圆形，其中所述侧壁边缘环绕所述圆形周缘，且该方法还包括在所述按压过程中将所述工具相对于所述靶移位以环绕所述圆形靶周缘移动所述工具。
10、根据权利要求9所述的方法，还包括在所述按压过程中在所述工具和所述靶周缘之间设置液体润滑剂。
11、根据权利要求1所述的方法，还包括将所述靶结合到垫板，且其中在将所述工具压在所述侧壁边缘上之前发生所述结合。
12、根据权利要求11所述的方法，其中所述垫板具有与所述物理汽相淀积靶的侧壁边缘共同延伸的侧壁边缘，且其中所述工具没有压在所述垫板的该侧壁边缘上。
13、根据权利要求11所述的方法，其中所述垫板具有与所述物理汽相淀积靶的侧壁边缘共同延伸的侧壁边缘，且其中在所述靶的所述侧壁边缘中形成印迹期间，所述工具压在所述垫板的所述侧壁边缘上，以在所述垫板的所述侧壁边缘中形成印迹。
14、一种物理汽相淀积靶，包括：
具有外周缘的溅射表面；以及
沿所述溅射表面的外周缘的侧壁边缘；所述侧壁边缘具有在其中延伸的重复的印迹图案。
15、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，包括金属材料。
16、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，包括钛。
17、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，包括陶瓷材料。
18、根据权利要求14所述的结合到垫板的物理汽相淀积靶；其中所述垫板具有与所述物理汽相淀积靶的侧壁共同延伸的侧壁；且印迹不在所述垫板侧壁中。
19、根据权利要求14所述的结合到垫板的物理汽相淀积靶；其中所述垫板具有与所述物理汽相淀积靶的侧壁共同延伸的侧壁，且印迹是在所述垫板侧壁中。
20、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶；其中所述周缘是圆形，其中所述侧壁完全环绕所述圆形外周缘延伸，且其中所述重复图案完全环绕所述圆形外周缘延伸。
21、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，其中所述侧壁通过倒角的角与所述溅射表面相连。
22、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，其中所述倒角的角包括在所述侧壁和所述溅射表面之间延伸的倒角区，且印迹不延伸到所述倒角区中。
23、根据权利要求14所述的物理汽相淀积靶，其中所述印迹呈近似菱形形状。
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