TWI457456B - 介電射頻濺射靶上的腐蝕輪廓控制 - Google Patents

Description

介電射頻濺射靶上的腐蝕輪廓控制

本發明之實施例一般係與物理氣相沉積(PVD)裝置相關。更具體而言，係與射頻(RF)磁電管濺射裝置相關。

物理氣相沉積處理一般用於在處理腔室中沉積一層材料於基材上。材料或靶的主體附接至背板。電源耦合至背板，或直接耦合至濺射靶以提供電流至靶。電流將處理腔室內的處理氣體點燃成為電漿。濺射靶被來自電漿的離子轟擊，其使濺射靶之原子從濺射靶濺射。

濺射的一種形式為反應性濺射。反應性濺射處理中，濺射靶可包含一諸如金屬的材料，該材料與處理氣體反應以在基材上形成與濺射靶具有不同組成的一層。舉例而言，當用反應性濺射沉積氮化鈦時，包含鈦之濺射靶可以直流電產生電偏壓。處理氣體可含有例如氬之惰性氣體，此外尚可有諸如氮之反應性氣體。處理氣體被點燃成電漿，而鈦從靶濺射。鈦和氮接合並以氮化鈦沉積於基材上。

當用反應性濺射沉積薄膜時，難以預測沉積薄膜的正確成份。舉例而言，當沉積氮化鈦時，沉積的氮化鈦層在遍佈層中具有多變的氮濃度。該多變的氮濃度在複數基材間無法重複。

因此，此技術領域亟需一種濺射靶，該濺射靶可以用於反應性濺射材料至基材上而具有預定且可重複之成份。

本發明一般包括可用於射頻濺射處理之濺射靶組件。濺射靶組件可包括背板以及濺射靶。背板可塑形成具有一或多個從背板朝濺射靶延伸之鰭件。濺射靶可接合至背板的鰭件。濺射處理期間使用的射頻電流將可施加至於一或多個鰭件位置的濺射靶。鰭件可於對應於配置在背板後之磁電管所製造的磁場之位置從背板延伸。藉由控制射頻電流耦合至對準磁場之濺射靶的位置，可控制濺射靶的腐蝕。

一實施例中，揭露一濺射靶組件。該組件包括背板主體，該背板主體具有一或多個置中並耦合其上之鰭件；耦合至背板主體的填充材料、一或多個鰭件的內表面、及一或多個鰭件的外表面；以及耦合至填充材料以及一或多個鰭件的底表面的濺射靶。該等一或多個鰭件包括內表面、外表面以及底表面。

另一實施例中，揭露一濺射靶組件。該組件包括背板主體，該背板主體具有一或多個鰭件以及耦合至背板主體之濺射靶。該等一或多個鰭件可裝配以接觸於置中並耦合其上之濺射靶。該等一或多個鰭件包括內表面、外表面以及底表面。濺射靶包括一或多個裝配以接收一或多個鰭件的凹部。

另一實施例中，一種組裝濺射靶組件的方法包含以下步驟：將接合材料施加至一或多個背板主體以及濺射靶，並且將背板主體與濺射靶壓縮在一起。背板主體包括一或多個鰭件。鰭件從背板主體的第一表面延伸並且大體環繞背板主體的中心軸線。

本發明一般包括可用於射頻濺射處理之濺射靶組件。濺射靶組件可包括背板以及濺射靶。背板可塑形以具有一或多個從背板朝濺射靶延伸之鰭件。濺射靶可接合至背板的鰭件。濺射處理期間利用的射頻電流將施加至於一或多個鰭件位置的濺射靶。鰭件可於對應於配置在背板後之磁電管所製造的磁場之位置從背板延伸。藉由控制射頻電流耦合至對準磁場之濺射靶的位置，可控制濺射靶的腐蝕。

本發明將以參考至PVD腔室之形式於下描述。可利用於施行本發明之PVD腔室可從美國加州Santa Clara的Applied Materials,Inc.購得。應瞭解，本發明在其他腔室中有利用性，包括其他製造商所販售之腔室。

第1圖為基材處理腔室100之一實施例之剖視圖。處理腔室100可包含容納處理區域的腔室壁109。可將腔室壁109接地。一實施例中，腔室壁109可包含鋁、鋁合金或其他適合的材料。一實施例中，腔室壁109可包含不鏽鋼。配置在處理區域內的基材支架102可配置於靶組件101對面以支撐其上的基材103。基材支架102可耦合至地面、直流電源、交流電源或射頻電源。基材支架102可裝設在可旋轉及/或可線性致動的軸104上。

靶組件101可藉由絕緣的間隔物或密封件110在電性上與腔室壁隔離。靶組件101可包含耦合至濺射靶106之背板105。一實施例中，背板105可包含鋁。另一實施例中，背板105可包含銅。另一實施例中，背板105可包含不鏽鋼。

濺射靶106可接合至背板105。一實施例中，濺射靶106可包含絕緣材料。另一實施例中，濺射靶106可包含氮化鈦。另一實施例中，濺射靶106可包含氮化鉭。可用的適合的接合材料包含彈性體。一實施例中，接合材料可包含金屬材料。另一實施例中，接合材料可包含焊料材料。另一實施例中，接合材料可包含低熔點材料。當接合材料在處理期間曝露於真空時，其可為相容於真空。

磁電管107可配置在背板105之後。磁電管107可具有複數磁石108，其可產生延伸進入濺射靶106前方的處理區域之磁場111。該磁場111可集中電漿中的離子至磁場111，如此最大量的靶腐蝕發生在包含於磁場111中的靶106的區域。

當射頻電流從電源112施加至背板105時，射頻電流沿著導電的背板105的外側表面行進。因此，射頻電流可沿整個濺射靶106的後面行進。在背板105接合至濺射靶106的每一位置，射頻電流能夠透過對應至背板105每一處的標靶以電容式耦合，而射頻電流能夠透過濺射靶106以更大量發射。射頻電流將有助於於電漿生成，生成電漿雲113，以及藉由在非需求的區域造成更高濃度的電漿以減少磁場的助益。電漿的非一致性可導致非一致的濺射靶106腐蝕。

第2A圖為根據本發明之一實施例之靶組件200之剖視圖。靶組件200一般包括背板主體201、從背板主體201延伸出的鰭件202、填充材料203以及待濺射的靶204。鰭件202可提供在濺射靶204以及背板主體201之間的電性接觸。一實施例中，鰭件202可具有介於背板主體201之寬度的50%至90%之間的厚度。鰭件202的厚度與濺射靶204的厚度相關。一實施例中，濺射靶204在耦合到鰭件202的位置中是最薄的。

諸如黏著性或含焊料的接合層可用於將靶204耦合至填充材料203、鰭件202或兩者。含有許多磁石206的磁電管205可定位在來自靶204的背板主體201的對面並且繞背板主體201的中央軸線旋轉。電源208可耦合至背板主體201。一實施例中，電源208可為射頻電源208。

一實施例中，背板主體201和鰭件202可由大體相同的材料製成。適合於背板主體201以及鰭件202的材料可包括銅、銅合金、不鏽鋼、鋁、鋁合金或其他導電材料。一實施例中，背板主體201可用機器加工形成鰭件202。另一實施例中，鰭件202可為耦合至背板主體201的單獨一片。鰭件202可大體對稱並且置中於背板主體201上。鰭件202可大體上呈圓形。一實施例中，鰭件202可包含單式的一片材料。另一實施例中，鰭件202可包含繞背板主體201的軸線大體上呈圓形佈置的複數片。一實施例中，靶204包含介電材料，諸如氧化鋁(Al₂ O₃ )、氮化鈦、氮化鉭、二氧化矽、矽介電材料或其他材料。

顯示於第2A圖的實施例，濺射靶204藉由填充材料203與背板主體201相隔。一實施例中，填充材料203可為具有介電常數在大約2至50之間的介電材料。另一實施例中，填充材料203可包含石英。另一實施例中，填充材料203可具有一低於靶204之介電常數，以減少在覆蓋於填充材料203的靶204之區域內被傳遞到靶204的功率量。

鰭件202一般可用於助於從射頻電源208發射射頻訊號至靶204上的特定位置。射頻訊號行進穿過背板主體201至鰭件202。鰭件202隨後發射射頻訊號至靶204。由於填充材料203之低電容，其提供射頻訊號電阻，並且限制發射射頻訊號至靶204的其他區域。填充材料203降低由未耦合至鰭件202的靶204區域所形成的電漿量。鰭件202容許正確發射射頻訊號至靶204的特定區域。

發射射頻訊號至靶204上的特定位置可集中電漿至增強電漿耦合207之區域。藉由生成增強電漿耦合207之區域，對電漿而言較不可能行進且在靶204的其他區域較不可能變得集中。不容許電漿行進將會限制靶204不預期之腐蝕的量並且傷害處理腔室。集中電漿至特定區域也可幫助促進更有效且完整使用靶204並且限制對靶204之期望區域的腐蝕。增強電漿耦合之區域可為大部分材料從靶204被濺射出來之處。磁電管205可協助控制電漿濃度以及增加電漿耦合207之區域之位置。鰭件202可設計其尺寸，如此定位增強電漿耦合207之區域以促進材料均勻分佈於進行處理的基板上。

一實施例中，靶組件200可不包含填充材料203。可在背板主體201和靶204之間生成一間隙，並且靶204可耦合至鰭件202的末端。一實施例中，可抽空間隙或以氣體填充。另一實施例中，填充材料203可在背板主體201的中心附近從鰭件202環繞的區域移出且將填充材料203留在背板主體201的邊緣附近。又，另一實施例中，填充材料203可在背板主體201邊緣附近移出，同時保留背板主體201的中心附近的填充材料203。

第2B圖繪示帶有磁場213的第2A圖之靶組件200之剖視圖。磁電管205可由二個或更多個磁石206組成，該磁石一般由北極212與南極211所組成。一實施例中，第一磁石206以磁石206的南極211面對背板主體201定位。鄰近的第二磁石206大體上環繞第一磁石206定位，如此磁石206的北極212面向背板主體201。由於磁石206的接近而生成磁場213。一實施例中，磁場213可行進穿過靶組件200。磁場213定位於第一磁石206的北極212以及第二磁石206的南極211之間。磁場213可具有分量，指向平行於靶濺射表面214的x方向以及垂直於靶濺射表面214的y方向。鰭件202的中心可大體上對準並置中於磁場，此處磁場在x方向的分量之量級大於y方向的分量，如第2B圖所示。另一實施例中，鰭件202的中心可大體上對準並置中於磁場中心，此處平行背板主體201的寬度的磁場分量大於垂直於背板主體201的寬度的磁場分量。

第3圖為靶組件300的一實施例之剖視圖。靶組件300包含背板301，具有由其表面延伸並與濺射靶304接合的鰭件302。適合背板主體301以及鰭件302的材料包括銅、銅合金、不鏽鋼、鋁、鋁合金或其他導電材料。一實施例中，背板301可用機器加工形成鰭件302。另一實施例中，鰭件302可為耦合至背板主體301的單獨一片。鰭件302可大體上對稱並且置中於背板主體301。鰭件302可大體上呈圓形。一實施例中，鰭件302可包含單式的一片材料。另一實施例中，鰭件302可包含繞背板主體301的軸線大體上呈圓形佈置的複數片。

濺射靶304可塑形以耦合至背板301以及鰭件302。當靶304的介電常數足夠低以致無法使用填充材料時，使用塑形靶304是有幫助的。塑形靶304可機器加工，或另一方面形成以匹配於背板主體301以及鰭件302的外觀。既然射頻訊號以電容式傳輸，該射頻訊號更可能透過塑形靶304較薄之處發射，因其於該區域之更高的電容。可於射頻訊號更容易透過靶304發射之處生成電漿耦合303的增加的區域。

第4圖為靶組件400的一實施例的仰視圖，其中靶係被移除以為了清晰起見。此實施例中，背板401大體上為圓形。鰭件402大體上為圓柱狀，具有第一半徑404界定一內表面，並且具有一第二半徑405界定外表面。一實施例中，第一半徑404可小於第二半徑405。填充材料403可耦合至背板主體401、鰭件402的內表面以及鰭件402的外表面。在背板主體401的邊緣附近的背板主體401的一部分大體上可無填充材料。儘管圖上顯示鰭件402為連續的材料片，須瞭解到鰭件402可包含一或多片耦合的材料。

第5圖繪示含有磁場506的靶組件500之另一實施例的剖視圖。第5圖所顯示的實施例中，鰭件502可具有約50%至90%之背板主體501寬之厚度。鰭件502可包納磁電管所生成之多於一個的磁場之區域。鰭件502也可生成增強電漿耦合507之更大的區域，其可生成靶504之更大區域，在該區域材料將極可能由此濺射。鰭件502的中心可大體上定位於鄰近的磁場506之間。一實施例中，填充材料503可在背板主體501以及鰭件502之間耦合以大體上填充靶504以及背板主體501之間的空間。

第6圖為靶組件600之另一實施例之剖視圖。此實施例中，多個鰭件602從背板主體601延伸。一實施例中，包含數磁石606之更寬的磁電管605可用以生成許多對準每一鰭件602的磁場。另一實施例中，使用多個磁電管605。多個磁電管或多個磁場可生成多個增強電漿耦合607之區域。增強電漿耦合607之區域可允許大部分材料從靶604濺射，如此生成多個腐蝕溝槽608(顯示成虛線)。具有多個腐蝕溝槽608可在更換靶604之前用於濺射較大部分的靶604。填充材料603可在背板主體601以及鰭件602之間耦合以大體上填充靶604以及背板主體601之間的空間。

在此描述之濺射靶組件可在需要時更新。舉例而言，當濺射靶已達其使用年限，濺射靶可由背板及/或填充材料移出。接合材料也可移出。然後，新的濺射靶可接合至背板及/或填充材料。一實施例中，可移出靶，隨後可置換濺射的材料，如此使用過的靶會自更新並且重新接合至背板及/或填充材料。此外，在需要時可置換填充材料。在更新處理期間，從背板及/或填充材料移出使用過的濺射靶。此外，接合的材料也可移出。新的濺射靶或更新過的濺射靶(例如置換具有濺射材料的使用過的濺射靶，如此使用過的靶會近似於新濺射靶的形狀及/或密度)隨後接合至背板及/或填充材料。

上述之本發明之實施例提供了有效的電漿濃度以及分佈管理。使用本發明之實施例，沉積與腐蝕輪廓可更一致且容易重複。

前述係導向本發明之實施例，在不背離基本範疇的情況下，可設計其他及更進一步之本發明之實施例，且本發明之範疇由隨後的申請專利範圍所決定。

100．．．處理腔室

101．．．靶組件

102．．．基材支架

103．．．基材

104．．．軸

105．．．背板

106．．．濺射靶

107．．．磁電管

108．．．磁石

109．．．腔室壁

110．．．密封件

111．．．磁場

112．．．電源

113．．．電漿雲

200．．．靶組件

201．．．背板主體

202．．．鰭件

203．．．填充材料

204．．．濺射靶

205．．．磁電管

206．．．磁石

207．．．增強電漿耦合

208．．．電源

211．．．南極

212．．．北極

213．．．磁場

214．．．靶濺射表面

300．．．靶組件

301．．．背板

302．．．鰭件

303．．．電漿耦合

304．．．靶

400．．．靶組件

401．．．背板

402．．．鰭件

403．．．填充材料

404．．．第一半徑

405．．．第二半徑

500．．．靶組件

501．．．背板主體

502．．．鰭件

503．．．填充材料

504．．．靶

505．．．磁電管

506．．．磁場

507．．．增強電漿耦合

600．．．靶組件

601．．．背板本體

602．．．鰭件

603．．．填充材料

604．．．靶

605．．．磁電管

606．．．磁石

607．．．增強電漿耦合

608．．．腐蝕溝槽

參考具有某些繪製在附圖的實施例，可得到之前簡短總結的本發明的更特別的描述，如此，可詳細瞭解之前陳述的本發明的特色。但要注意的是，附圖只繪示本發明的典型實施例，因本發明允許其他同等有效的實施例，故不視為其範圍限制。

第1圖為基材處理腔室之一實施例之剖視圖。

第2A圖為靶組件之一實施例之剖視圖。

第2B圖為帶有繪示之磁場之第2A圖的靶組件之剖視圖。

第3圖為靶組件之另一實施例之剖視圖。

第4圖為根據本發明之實施例之靶組件之仰視圖。

第5圖繪示含有磁場的靶組件之另一實施例之剖視圖。

第6圖為靶組件之另一實施例之剖視圖。

為有助於瞭解，如可能，使用同一元件符號以指定共通於各圖的同一元件。應認知到在一實施例中公開的元件可有利於在其他實施例中使用，而不再特別詳述。

200．．．靶組件

201．．．背板主體

202．．．鰭件

203．．．填充材料

204．．．濺射靶

205．．．磁電管

206．．．磁石

207．．．增強電漿耦合

208．．．電源

211．．．南極

212．．．北極

213．．．磁場

214．．．靶濺射表面

Claims (19)

1. 一種濺射靶組件，包含：一背板主體，其具有一或多個置中且耦合其上的鰭件，該等一或多個鰭件包含：一內表面；一外表面；以及一底表面；一填充材料，其耦合至該背板主體、該等一或多個鰭件的該內表面、以及該等一或多個鰭件的外表面；以及一濺射靶，其耦合至該填充材料以及該等一或多個鰭件的底表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之組件，其中該背板主體具有複數鰭件，其中該等複數鰭件的每一鰭件與一相鄰的鰭件相隔一距離，其中該距離大約為2至5倍之該濺射靶之厚度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之組件，其中該濺射靶包含與該填充材料一樣的材料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之組件，更進一步包含一接合層，該接合層耦合於該靶、該等一或多個鰭件以 及該填充材料之間，其中該濺射靶不包含與該填充材料一樣的材料。
5. 一種濺射靶組件，包含：一背板主體，其具有一或多個鰭件，該等鰭件係裝配以接觸置中且耦合其上的濺射靶，該等一或多個鰭件包含：一內表面；一外表面；以及一底表面；以及一濺射靶，其耦合至該背板主體，該濺射靶具有一或多個裝配以接收該等一或多個鰭件的凹部，且其中該濺射靶經塑形以耦合至該背板及該等鰭件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之組件，其中該背板主體具有裝配以接觸一濺射靶之複數鰭件，每一鰭件包含：一內表面；一外表面；以及一底表面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之組件，其中該等複數鰭件的每一鰭件與一相鄰的鰭件相隔一距離，其中該距離大約為2至5倍之該濺射靶之一部分的厚度。
8. 如申請專利範圍第5項所述之組件，更進一步包含一接合層，該接合層耦合於該靶、該等一或多個鰭件以及該背板主體之間。
9. 一種射頻磁電管濺射裝置，包含：一背板主體，其具有大體平面的一第一表面，該背板主體具有一或多個從該背板主體的一第二表面延伸的第一鰭件，該第二表面在該第一表面之對面；一濺射靶，其耦合至該等一或多個第一鰭件；以及一磁電管，其可繞該背板主體之一中央軸線旋轉並且能夠製造一第一磁場，具有複數個磁石之該磁電管係定位成使得該等一或多個第一鰭件的每一鰭件之一中心大體上對準一位置，於該位置處，平行於該背板主體的該第一表面之該第一磁場的分量量級大於垂直於該背板主體的該第一表面之該第一磁場的分量。
10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該濺射靶耦合至該背板主體之該第二表面。
11. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，更進一步包含耦合至該背板主體的該第二表面之一填充材料、該等一或多個第一鰭件之每一鰭件的一部分、以及該濺射靶。
12. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，更進一步包含耦合至該背板之一射頻電源。
13. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該磁電管產生一第二磁場，且其中一或多個第二鰭件係定位成使得該等一或多個第二鰭件的部分鰭件大體上對準平行於該背板主體之該第一表面的該第一及第二磁場之分量量級大於垂直於該背板主體之該第一表面的該第一及第二磁場之分量之處。
14. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中複數第一鰭件從該背板主體之該第二表面延伸並且耦合至該濺射靶。
15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該磁電管產生複數磁場，且其中該複數第一鰭件之每一鰭件係定位成使得該鰭件之一中心大體上對準平行於該背板主體之該第一表面的該複數磁場之一之分量量級大於垂直於垂直於該背板主體之該第一表面的該複數磁場之一之分量之處。
16. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該複數第一鰭件之每一鰭件與一相鄰鰭件相隔一距離，其中該距離大約為2至5倍之該濺射靶之一部分的厚度。
17. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，更進一步包含一接合層，其耦合於該靶以及該等一或多個第一鰭件之間。
18. 一種組裝一濺射靶組件的方法，包含以下步驟：將接合材料施加至一或多個背板主體以及濺射靶；將該背板主體以及該濺射靶壓縮在一起，該背板主體具有從其一第一表面延伸之一或多個鰭件並且大體上環繞該背板主體之中央軸線；以及耦合一填充材料至該背板主體並且鄰近該等一或多個鰭件的一部分。
19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該濺射靶係塑形以接受該等一或多個鰭件並且耦合至該等一或多個鰭件以及該背板主體。