CN201918355U

CN201918355U - 钛溅射环、应用该钛溅射环的溅射反应器

Info

Publication number: CN201918355U
Application number: CN2010206926379U
Authority: CN
Inventors: 姚力军; 潘杰; 王学泽; 陈勇军
Original assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2020-12-30

Abstract

本实用新型公开了一种钛溅射环，应用于8英寸硅片的生产过程，该钛溅射环上具有花纹，所述花纹的大小大于80TPI，小于20TPI。本实用新型实施例提供的钛溅射环，通过在钛溅射环表面增加花纹，以增强钛溅射环的吸附能力，从而保证溅射形成的膜层的均匀性。本实用新型还公开了一种应用该钛溅射环的溅射反应器。

Description

钛溅射环、应用该钛溅射环的溅射反应器

技术领域

本实用新型涉及半导体晶片溅射领域内一种磁力控制的方法，尤其涉及一种磁控溅射环。

背景技术

溅射也称为物理气相沉积(PVD)，是在充满惰性气体的处理容器中对半导体晶片或其它基片进行涂镀的一种方法。这些容器中包含有溅射靶和靠近溅射靶处放置的磁控溅射环件。容器中的电场使惰性气体产生电离，并从靶材上撞击出原子，以将溅射靶材料沉积到晶片上。同时，溅射靶材料上被撞击出的原子为漫反射状，需要对其加以约束。磁控溅射环件就是配合平面靶材溅射使用的部件，其主要作用是通过其产生的电磁场对溅射出的靶材料原子运动进行约束，同时吸附溅射过程中有可能出现的大的颗粒。

美国专利US7,618,521公开了一种应用在磁控管溅射室上的分离磁体环，该分离磁体环是对传统的磁控溅射环件的改进。但是，在生产中发现，应用该分离磁体环通过溅射方法形成的膜层仍会经常出现较大的颗粒，因而无法保证膜层的质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钛溅射环或溅射反应器，用来防止或减少溅射形成的膜层中出现较大的颗粒，从而提高膜层的均匀性。

为解决上述问题，本实用新型提供一种钛溅射环，该钛溅射环上具有花纹，所述花纹的大小大于80TPI、小于20TPI。

可选地，所述花纹的大小为大于45TPI，且小于25TPI。

可选地，所述花纹的大小为大于40TPI，且小于30TPI。

可选地，所述花纹的深度为大于100μm，且小于800μm。

可选地，所述花纹的深度为大于300μm，且小于700μm。

可选地，所述花纹的深度为大于400μm，且小于600μm。

可选地，所述花纹由多个菱形结构重复排列形成。

可选地，所述花纹采用滚花的方式制作。

可选地，所述钛溅射环应用于8英寸衬底上进行溅射过程。

为解决上述问题，本实用新型还提供一种溅射反应器，包括：

真空室，具有围绕中心轴线布置的侧壁；

溅射靶材，被密封到所述真空室的一端；

基座，沿所述中心轴线布置成与所述溅射靶材相对，用于支撑待处理的晶片；及

如前面所述的钛溅射环，所述钛溅射环位于所述真空室内，并位于所述溅射靶材与所述基座之间。

与现有技术相比，本实用新型所提供的钛溅射环由于在表面增加了花纹，使得钛溅射环吸附颗粒的能力增强，从而改善了形成的膜层的均匀性。另外，较深的花纹深度也进一步增加了钛溅射环的使用次数，延长了使用寿命。不仅如此，由于花纹的大小和深度都有所增加，也便于钛溅射环吸附的靶材粒子过多后需进行的必要的清理过程，使得清理更方便且清理的也更干净，避免出现清理不干净的死角，清理后的再次使用时，也不会影响生产过程。

附图说明

通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为本实用新型实施例公开的钛溅射环的花纹形状示意图。

图2为本实用新型实施例公开的钛溅射环的花纹深度示意图。

图3为本实用新型实施例公开的钛溅射环的花纹结构的图片。

图4为本实用新型实施例公开的溅射反应器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，现有技术中8英寸硅片生产中应用常规钛溅射环形成的膜层经常会出现较大的颗粒，无法保证膜层的质量。本实用新型的发明人研究发现，在钛溅射环的表面利用滚花工艺形成尺寸大于80TPI、小于20TPI的花纹，可以改善钛溅射环对较大的溅射粒子的吸收，从而减少溅射形成的膜层中较大颗粒的数量，改善膜层的均匀性。

本实用新型的发明人进一步发现，当钛溅射环表面的滚花花纹的深度较浅(在100μm以下)时，由于钛溅射环上的花纹的作用是吸附从靶材上溅射出的大角度的靶材粒子，而花纹深度较浅，经过两次使用后，这些靶材粒子就会填满花纹的间隙，此时，如果继续使用，钛溅射环对粒子的吸附作用就会减弱，并且吸附的粒子会掉落到下面的衬底上，影响薄膜的形状，进而使产品的电性降低。基于上述发现，发明人进一步加深滚花花纹的深度，使其大于100μm，以增加钛溅射环的使用寿命。

本实用新型实施例提供的钛溅射环的花纹如图1、图2和图3所示，图1为花纹形状的示意图，图2为图1沿A-A方向的剖视图，即花纹深度的示意图，图中标号h所指示的厚度即为花纹的深度，图3为花纹结构的图片，显示了花纹的立体结构。

本实施例中钛溅射环的花纹的大小大于80TPI、小于20TPI，且深度大于100μm。优选的，所述花纹的大小为大于50TPI，且小于20TPI；更优选的，所述花纹的大小为大于45TPI，且小于25TPI；再为优选的，所述花纹的大小为大于40TPI，且小于30TPI。并且，优选的，所述花纹的深度为大于200μm，且小于800μm；更优选的，所述花纹的深度为大于300μm，且小于700μm；再为优选的，所述花纹的深度为大于400μm，且小于600μm。

需要说明的是，本实施例中限定，所述花纹的大小特指钛溅射环上每英寸范围内的花纹中最小结构的个数，花纹的深度是指钛溅射环上花纹中最小结构的底部与顶部间的距离。

本领域技术人员可以理解，所述花纹一般由多个最小结构重复排列形成的，这种最小结构可以有很多种形状，如菱形、圆形、矩形、正方形、多边形或其他不规则形状等，如图1所示本实施例中的花纹是由多个菱形结构重复排列形成，所述菱形结构实际上为四棱锥形的凹坑，由具有四棱锥凸起的工具加工而成，但本实施例中的花纹形状并不用于限定本实用新型实施例的保护范围。

并且，在工艺制作方面，形成上述花纹的方法有很多，如喷砂、轧制、拉丝、滚花工艺等，本实施例中选用滚花工艺制作上述花纹，选择合适的刀具，制作出的花纹效果符合生产实际的要求，但本实施例中选用的花纹的制作工艺并不用于限定本实用新型实施例的保护范围。

本领域技术人员可以理解，在实际生产中，本实施例中的钛溅射环设置于溅射靶材和衬底材料之间，相当于准直溅射中的准直器的作用。其中，所述衬底可以包括半导体元素，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以包括化合物半导体结构，例如碳化硅、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓、合金半导体或其组合；也可以是绝缘体上外延硅(silicon on insulator，SOI)。此外，衬底还可以包括其它的材料，例如外延层或掩埋层的多层结构。并且，上述衬底还包括在其上制造的多个集成电路，这些集成电路可以处在工序中的任何一个阶段，因此，上述衬底包括各种各样的类型。虽然在此描述了可以形成衬底材料的几个示例，但是可以作为衬底的任何材料均落入本实用新型的精神和范围之内。

优选的，本实施例中的钛溅射环应用于8英寸衬底上进行溅射过程中。与现有技术相比，由于在钛溅射环表面增加了花纹，使得钛溅射环吸附颗粒的能力增强，从而改善了形成的膜层的均匀性。另外，本实施例进一步加深了花纹深度，进而增加了钛溅射环的使用次数，延长了使用寿命。不仅如此，由于花纹的大小和深度都有所增加，也便于钛溅射环吸附的靶材粒子过多后需进行的必要的清理过程，使得清理更方便且清理的也更干净，避免出现清理不干净的死角，清理后的再次使用时，也不会影响生产过程。

本实用新型还提供了一种应用前述钛溅射环的溅射反应器。图4为本实用新型提供的溅射反应器的示意性剖视图。请参照图4所示，真空室12包括大体上圆筒形的侧壁14，侧壁是电接地的。通常，未示出的接地可替换屏蔽(有时还有附加的浮动屏蔽)位于侧壁14内侧以保护侧壁不被溅射涂覆，但它们用作室侧壁而不是保持真空。溅射靶材16至少具有由待溅射金属组成的表面层，并通过电隔离体18被密封到真空室12。基座电极22把要受到溅射涂覆的晶片24支撑为与靶材16平行相对。屏蔽内侧在靶材16与晶片24之间限定了处理空间。

溅射工作气体(优选为氩)定量从气体供应器26经过质流控制器28进入室中。未示出的真空泵系统将真空室12的内部保持在通常为10^-8Torr或更低的极低基本压力。在等离子体点火期间，以产生约5milliTorr室压力的量供应氩压力，但是随后将该压力减小。DC电源34将靶材16负偏压到约-600VDC，使氩工作气体被激发成含有电子和正氩离子的等离子体。正氩离子被吸引到负偏压的靶材16，并从靶材16溅射金属原子。

该实施例特别有利于自电离等离子体(SIP)溅射，在SIP溅射中，较小的嵌套(nested)磁控管36被支撑在靶材16后面未示出的背面板上。真空室12和靶材16关于中心轴线38大体上圆形对称。SIP磁控管36包括第一垂直磁极性的内部磁极40以及相反的第二垂直磁极性的周围外都磁极42。两个极被磁轭44支撑并通过磁轭44磁耦合。磁轭44固定到转动臂46，转动臂46被支撑在沿中心轴线38延伸的转动轴48上。与轴48相连的电动机50使磁控管36围绕中心轴线38转动。

在非对称的磁控管中，在外磁极42面积上累计的总磁通量大于内磁极40产生的总磁通量，优选地具有至少150％的磁场强度比。相反的磁极40、42在真空室12内产生了磁场BM，该磁场大体上是半螺旋形(semi-toroidal)并有平行且靠近靶材16表面的较强分量，在该处产生高强度等离子体，从而提高溅射速率并提高所溅射金属原子的电离比例。由于外磁极42在磁性上强于内磁极40，所以来自外磁极42的一部分磁场在循环回到外磁极42后面以构成完整磁路之前向基座22远远投射。

RF电源54(例如具有13.56MHz的频率)连接到基座电极22以在晶片24上产生负的自偏压。该偏压吸引带正电的金属原子穿过邻近等离子体鞘层(sheath)，从而涂敷到晶片的表面或内部。

在SIP溅射中，磁控管较小并具有高磁场强度，大量DC功率施加到靶材以使靶材16附近的等离子体密度升高到约10¹⁰cm^-3。在存在这样的等离子体密度时，大量所溅射原子被电离成带正电的金属离子。金属离子密度足够高，使大量金属离子被吸引回靶材以进一步溅射金属离子。因此，金属离子可以至少部分地代替氩离子作为溅射处理中的有效工作微粒。即，可以减小氩的压力。压力减小具有使金属离子的溅射和消电离作用减小的优点。

如图1至图3中所示的钛溅射环100位于晶片24上方，并大致会将晶片24包围在其中央。钛溅射环100的表面形成有尺寸大于80TPI、小于20TPI的滚花花纹，用以改善对较大的溅射粒子的吸收，从而减少溅射形成的膜层中较大颗粒的数量，改善膜层的均匀性。并且，钛溅射环100表面的滚花花纹的深度大于100μm、小于800μm，以增加钛溅射环的使用次数，延长其使用寿命。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种钛溅射环，该钛溅射环上具有花纹，其特征在于，所述花纹的大小大于80TPI、小于20TPI。

2.根据权利要求1所述的钛溅射环，其特征在于，所述花纹的大小为大于45TPI，且小于25TPI。

3.根据权利要求2所述的钛溅射环，其特征在于，所述花纹的大小为大于40TPI，且小于30TPI。

4.根据权利要求1所述的钛溅射环，其特征在于，所述花纹的深度为大于100μm，且小于800μm。

5.根据权利要求4所述的钛溅射环，其特征在于，所述花纹的深度为大于300μm，且小于700μm。

6.根据权利要求5所述的钛溅射环，其特征在于，所述花纹的深度为大于400μm，且小于600μm。

7.根据权利要求1所述的钛溅射环，其特征在于，所述花纹由多个菱形结构重复排列形成。

8.根据权利要求7所述的钛溅射环，其特征在于，所述花纹采用滚花的方式制作。

9.根据权利要求1所述的钛溅射环，其特征在于，所述钛溅射环应用于8英寸衬底上进行溅射过程。

10.一种溅射反应器，包括：

真空室，具有围绕中心轴线布置的侧壁；

溅射靶材，被密封到所述真空室的一端；

如权利要求1至9任一项所述的钛溅射环，所述钛溅射环位于所述真空室内，并位于所述溅射靶材与所述基座之间。