CN203474887U

CN203474887U - 靶材组件

Info

Publication number: CN203474887U
Application number: CN201320618768.6U
Authority: CN
Inventors: 姚力军; 相原俊夫; 大岩一彦; 潘杰; 王学泽; 袁倩靖
Original assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jiangfeng Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2023-09-30

Abstract

一种靶材组件，包括：背板，具有第一凹槽；靶材，与第一凹槽底面焊接连接，靶材侧壁与第一凹槽侧壁形成第二凹槽，所述第二凹槽为环形凹槽；靶材溅射面边缘和高于第一凹槽侧壁的靶材侧壁具有滚花图案；所述第一凹槽侧壁、第二凹槽底面、与第一凹槽侧壁等高的靶材侧壁具有喷丸图案。本实用新型的靶材组件减小了高真空腔室内异常放电的情况，在硅片上能够形成均匀性好的膜层，提高半导体器件的性能。

Description

靶材组件

技术领域

本实用新型涉及磁控溅射领域，尤其涉及一种靶材组件。

背景技术

在半导体器件制造的过程中，磁控溅射是非常重要的一项薄膜形成工艺。其基本机理是在磁控溅射反应器中，以一定能量的粒子（电子、离子、中性粒子）轰击固体表面，其表面的原子通过与高能粒子的碰撞有可能获得足够的能量从表面逃逸，然后在电场力或者磁力的作用下往硅片上迁移。

上述过程中，被轰击的固体材料称为靶材（Target Blank），靶材由背板（Backing Plate）支撑。众所周知，靶材的表面包括靶材的上、下表面和靶材的侧面，靶材的下表面与上述背板通过焊接连接，靶材的上表面为靶材溅射面，靶材与背板一起称为靶材组件。

溅射制备薄膜的物理过程包括以下六个基本步骤：1.在溅射反应器的高真空腔产生氩离子，并向具有负电势的靶材加速；2.在加速过程中氩离子获得动量，并轰击靶材溅射面；3.氩离子通过物理过程从靶材溅射面上撞击出（溅射）原子；4.被撞击出（溅射）的原子迁移到硅片表面；5.被溅射的原子在硅片表面凝聚并形成薄膜，与靶材的材料比较，薄膜具有与它基本相同的材料组分；6.额外材料由真空泵抽走。

但是，溅射过程中，靶材溅射面中溅射出的原子除了会沉积在硅片表面，也会沉积在真空腔室内的其他表面上，包括靶材溅射面边缘、靶材侧面及部分背板表面。溅射一段时间后，靶材和背板的上述表面会出现一些和靶材成分相同的堆积物（反溅射物），这些堆积物与靶材、背板表面的附着力不是很大，堆积到一定程度后由于重力和腔室内电场力、磁场力的影响，会剥落下来，形成异常放电，影响溅射环境。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是现有技术的靶材组件应用在磁控溅射工艺中，会出现异常放电的现象，从而影响溅射环境。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案提供一种靶材，防止反溅射物剥落。包括：

背板，具有第一凹槽；

靶材，与第一凹槽底面焊接连接，靶材侧壁与第一凹槽侧壁形成第二凹槽，所述第二凹槽为环形凹槽；

靶材溅射面边缘和高于第一凹槽侧壁的靶材侧壁具有滚花图案；

所述第一凹槽侧壁、第二凹槽底面、与第一凹槽侧壁等高的靶材侧壁具有喷丸图案。

可选的，所述靶材包括第一靶材和第二靶材，第一靶材和第二靶材都为圆柱体，并且第一靶材和第二靶材同轴分布，所述第一靶材与第二靶材连接，所述第二靶材沿径向方向具有凸出于所述第一靶材的环形凸台，所述第二靶材侧壁与所述第一凹槽侧壁等高，所述靶材溅射面为第一靶材溅射面。

可选的，所述环形凸台台面具有喷丸图案。

可选的，所述第一靶材溅射面边缘的所述滚花图案的区域为圆环形，所述圆环形的直径与所述第一靶材直径的比例为1:24.1。

可选的，所述第一靶材侧壁高度与所述靶材侧壁高度的比例为1:3.3，所述第一靶材侧壁高度与所述第一靶材直径的比例为1:104.7。

可选的，所述凸台宽度等于所述第一靶材侧壁的高度。

可选的，所述环形凹槽宽度与所述第一靶材直径之比为1:12.3。

可选的，所述喷丸图案的粗糙度为2μm～4μm。

可选的，所述滚花图案中的滚花间隙为0.5±0.1mm，所述间隙的深度为0.5±0.1mm。

与现有技术相比，本实用新型技术方案具有以下优点：

反溅射物在靶材溅射面边缘和高于第一凹槽侧壁的靶材侧壁处沉积最多，因此，此处的反溅射物剥落现象最严重，采用本技术方案的靶材组件，靶材溅射面边缘和高于第一凹槽侧壁的靶材侧壁处具有滚花图案，滚花图案的粗糙度很大，大量反溅射物会沉积在滚花图案的间隙中并填充所述间隙，因此，滚花图案可以吸附大量的反溅射物，增加了反溅射物在靶材组件上的粘附力，大大的减少了反溅射物剥落的情况，从而减小了高真空腔室内异常放电的情况，在硅片上能够形成均匀性好的膜层，提高半导体器件的性能。

另外，第二凹槽是为了将靶材组件安装在至溅射机台。但是，在溅射过程中，第二凹槽也会附着少量反溅射物。在第一凹槽侧壁、第二凹槽底面、与第一凹槽侧壁等高的靶材侧壁设有喷丸图案，喷丸图案的粗糙度小于滚花图案的粗糙度，因此，该喷丸图案既可以吸附反溅射物，又不会因为粗糙度太大而在靶材组件与溅射机台之间出现较大空隙，从而影响靶材组件在溅射机台的安装。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，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是现有技术的靶材组件的平面和剖面的对应示意图；

图2是现有技术中的反溅射物在图1中的靶材组件堆积情况的细节放大示意图；

图3是本实用新型中具体实施例的靶材组件的平面和剖面的对应示意图；

图4为本实用新型具体实施例的滚花图案的平面放大示意图；

图5为本实用新型具体实施例的滚花图案的剖面放大示意图；

图6为图5中的靶材组件上的反溅射物堆积的放大示意图。

具体实施方式

图1是现有技术的靶材组件的平面和剖面的对应示意图，其中，图1的（a）部分是现有技术的靶材组件的平面示意图；图1的（b）部分是图1的（a）部分中靶材沿AA’方向的剖面示意图。参考图1，现有技术中的靶材组件10包括：

背板12，为圆柱体，背板具有第一凹槽。

靶材11，与第一凹槽底面焊接连接，靶材11侧壁与第一凹槽侧壁形成第二凹槽121，所述第二凹槽121为环形凹槽。

其中，靶材11包括第一靶材111和第二靶材112，其中，第一靶材111和第二靶材112都为圆柱体，而且同轴分布的第一靶材111和第二靶材112，所述第一靶材111与第二靶材112相连或一体成型，所述第二靶材112沿径向方向具有凸出于所述第一靶材111的环形凸台，所述第二靶材112侧壁与所述第一凹槽侧壁等高。所述靶材溅射面为第一靶材111溅射面。

在实际生产过程中，常常会由于远离靶材溅射面中心的电场或者磁场较弱，而使得轰击靶材溅射面的边缘处的离子的动量不够大，所以从靶材11溅射面上撞击出的（溅射）原子的动量也不大，不够这些原子迁移到硅片形成薄膜，就会沉积在真空腔室内的其他表面上，包括靶材溅射面边缘、靶材11侧面及部分背板12表面，溅射一段时间后，靶材11和背板12的上述表面的反溅射物渐渐堆积起来，形成堆积物。反溅射物堆积情况的细节放大图如图3所示，参考图2，反溅射物5一层一层的附着在靶材组件10的上述表面。按照这样的方式堆积多了，与靶材和背板的上述表面的附着力不够，在溅射的时候，这些反溅射物5容易成块或者成坨的剥落下来，在腔室引起异常放电，影响溅射环境，影响溅射的形成的膜层的均匀性，情况严重时，甚至会在硅片的边缘形成溅射材料的凸起状的堆积，严重影响所制作的半导体器件的性能。需要说明的是，反溅射物在靶材溅射面边缘和高于第一凹槽侧壁的靶材侧壁处堆积最多，因此，此处的反溅射物剥落现象最严重。

为解决上述问题，提供了一种靶材组件。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。但是本实用新型能够以很多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的限制。

具体为：图3是本实用新型中具体实施例的靶材组件的平面和剖面的对应示意图，其中，图3的（a）部分是本实用新型中具体实施例的靶材组件形成滚花图案和喷丸图案的靶材组件的平面示意图；图3的（b）部分是图3的（a）部分中的靶材沿BB’方向的剖面示意图。参考图3，该靶材组件20包括：

背板22，具有第一凹槽；

靶材21，与第一凹槽底面焊接连接，靶材21侧壁与第一凹槽侧壁形成第二凹槽221，所述第二凹槽221为环形凹槽；

其中，靶材21溅射面边缘和所述高于第一凹槽侧壁的靶材侧壁具有滚花图案30；

所述第一凹槽侧壁、第二凹槽221底面、与第一凹槽侧壁等高的靶材侧壁具有喷丸图案31。

反溅射物在靶材溅射面边缘和高于第一凹槽侧壁的靶材侧壁处沉积最多，此处的反溅射物剥落现象最严重，采用本技术方案的靶材组件，靶材溅射面边缘和高于第一凹槽侧壁的靶材侧壁处具有滚花图案，滚花图案的粗糙度很大，大量反溅射物会沉积在滚花图案的间隙中并填充所述间隙，因此，滚花图案可以吸附大量的反溅射物，增加了反溅射物在靶材组件上的粘附力，大大的减少了反溅射物剥落的情况，从而减小了高真空腔室内异常放电的情况，在硅片上能够形成均匀性好的膜层，提高半导体器件的性能。

另外，第二凹槽是为了将靶材组件安装在至溅射机台。但是，在溅射过程中，此结构处也会附着少量反溅射物。在第一凹槽侧壁、第二凹槽底面、与第一凹槽侧壁等高的靶材侧壁设有喷丸图案，喷丸图案的粗糙度小于滚花图案的粗糙度，因此，该喷丸图案既可以吸附反溅射物，又不会因为粗糙度太大在靶材组件与溅射机台之间出现较大空隙，从而影响靶材组件在溅射机台的安装。

继续参考图3，本实施例以钛靶材和背板焊接的圆柱体靶材组件20为例，说明本实用新型的技术细节和效果如下。在其他实施例中，除了铝靶材，别的材质的靶材形成的靶材组件，如钽靶材，或者铜靶材等大部分靶材（硬度需满足大于等于50HV条件的金属靶材）都会有类似的反溅射物堆积的情况。因为铝靶材的质地软，反溅射物与铝靶的粘附力比较好。在其他实施例中，根据应用环境、溅射设备的实际要求，靶材也可以为其他柱体，与柱体对称轴的截面可以为正方形、矩形、三角形、环形、圆锥形或其他类似形状（包括规则形状和不规则形状）中的任一种。

本实施例中，背板22为圆柱体，第一凹槽的底面与靶材21下表面的形状相同，且第一凹槽底面的面积大于靶材21的下表面的面积。

靶材21包括第一靶材211和第二靶材212，第一靶材211和第二靶材212都为圆柱体，并且第一靶材211和第二靶材212同轴分布，所述第一靶材211与第二靶材212连接，所述连接为相连或一体成型，所述第二靶材212沿径向方向具有凸出于所述第一靶材211的环形凸台213，所述第二靶材212侧壁与所述第一凹槽侧壁等高，都为高度d。所述靶材溅射面为第一靶材溅射面。本实施例中，第一靶材溅射面的直径R为314±0.2mm。第一靶材的侧壁高度c与环形凸台213宽度b相等，第一靶材的侧壁高度c与第一靶材溅射面的直径R之比为1:104.7，第一靶材的侧壁高度c为3mm。第一靶材的侧壁高度c与靶材侧壁高度e之比为1:3.3，所述靶材侧壁高度e为10mm。

靶材21与第一凹槽底面焊接连接，也就是说，第二靶材212的下表面与第一凹槽底面焊接连接。靶材侧壁与第一凹槽侧壁形成第二凹槽221，第二凹槽221为环形凹槽。其中，环形凹槽的宽度f与第一靶材直径R之比为1:12.3，环形凹槽的宽度f为25.5±0.2mm。

本实施例中，该靶材组件20的靶材溅射面边缘和所述高于第一凹槽侧壁的靶材侧壁具有滚花图案30。其中，高于第一凹槽侧壁的靶材侧壁为第一靶材211侧壁。

本实施例中，继续参考图3，靶材溅射面边缘的滚花图案30形成的区域为圆环形，沿第一靶材211的最外沿往第一靶材圆心方向延伸。靶材溅射面边缘的滚花图案形成的区域的宽度a为圆环形的直径，本实施例中，靶材溅射面边缘的滚花图案形成的区域的宽度a与第一靶材溅射面的直径R的比例选定在1:24.1。本实施例中，靶材溅射面边缘的滚花区30的宽度a为13mm。其他实施例中，当第一溅射靶材的尺寸有变化时，靶材溅射面边缘的滚花图案形成的区域的宽度a也会发生变化。

参考图4，本实施例中的滚花为直纹滚花，滚花需要满足一定的粗糙度和深度，经过生产实践，参考图5，滚花图案的滚花间隙w为0.5±0.1mm，间隙深度h为0.5±0.1mm，可以达到理想的效果，即，可以将靶材溅射面边缘和第一靶材211侧壁处的反溅射物都沉积在具有该深度的间隙中，需要说明的是：（1）所述深度h不能太深，在磁控溅射过程中，容易发生异常放电现象；（2）在滚花处理时，工艺上要进行严格的控制，使得形成的滚花没有毛刺，否则也容易发生异常放电现象。

本实施例中，继续参考图3，在第一凹槽侧壁、第二凹槽底面、与第一凹槽侧壁等高的靶材侧壁具有喷丸图案31。其中，与第一凹槽侧壁等高的靶材侧壁为第二靶材212的侧壁。第二凹槽的作用是：将靶材组件安装在至溅射机台。

本实施例中，环形凸台213的台面也具有喷丸图案。

其他实施例中，如果靶材11没有台面也属于本实用新型的保护范围。

喷丸图案31，是通过喷丸工艺形成的。本实施例中，需要保证喷丸图案的粗糙度为2μm～4μm，粗糙度如果太大，在真空溅射的过程中，真空腔室中容易形成异常放电，粗糙度如果太小，对反溅射物的吸附效果不好，还容易剥落。

需要说明的是，本实施例中，在第一凹槽侧壁、第二凹槽底面、与第一凹槽侧壁等高的靶材侧壁、环形凸台213的台面都会形成喷丸图案31而不是采用熔射的方法形成熔射图案，是因为，所述熔射图案的表面为具有粗糙度的铝膜，该铝膜在后续的溅射工艺中，容易被溅射下来，从而容易在硅片的膜层上形成铝薄膜。严重影响硅片的薄膜质量。

结合参考图3和图6，形成滚花图案30、喷丸图案31的靶材组件20进行一段时间的溅射后，观察反溅射物5堆积的情况，反溅射物都堆积到滚花图案30的间隙、喷丸图案31的凹处，并填平上述间隙和凹处，与靶材组件的表面的粘附性好，不容易剥落下来。

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

1.一种靶材组件，其特征在于，包括：

背板，具有第一凹槽；

2.如权利要求1所述的靶材组件，其特征在于，所述靶材包括第一靶材和第二靶材，第一靶材和第二靶材都为圆柱体，并且第一靶材和第二靶材同轴分布，所述第一靶材与第二靶材连接，所述第二靶材沿径向方向具有凸出于所述第一靶材的环形凸台，所述第二靶材侧壁与所述第一凹槽侧壁等高，所述靶材溅射面为第一靶材溅射面。

3.如权利要求2所述的靶材组件，其特征在于，所述环形凸台台面具有喷丸图案。

4.如权利要求2所述的靶材组件，其特征在于，所述第一靶材溅射面边缘的所述滚花图案的形成的区域为圆环形，所述圆环形的直径与所述第一靶材直径的比例为1:24.1。

5.如权利要求2所述的靶材组件，其特征在于，所述第一靶材侧壁高度与所述靶材侧壁高度的比例为1:3.3，所述第一靶材侧壁高度与所述第一靶材直径的比例为1:104.7。

6.如权利要求3所述的靶材组件，其特征在于，所述凸台宽度等于所述第一靶材侧壁的高度。

7.如权利要求2所述的靶材组件，其特征在于，所述环形凹槽宽度与所述第一靶材直径之比为1:12.3。

8.如权利要求1或3所述的靶材组件，所述喷丸图案的粗糙度为2μm～4μm。

9.如权利要求1所述的靶材组件，所述滚花图案中的滚花间隙为0.5±0.1mm，所述间隙的深度为0.5±0.1mm。