專利名稱：一種濺射靶材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種濺射靶材。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件制造過程中，需要應(yīng)用薄膜沉積技術(shù)，薄膜沉積技術(shù)主要有兩個(gè)方向一為化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition),簡(jiǎn)稱為CVD ;二為物理氣相沉積 法(Physical Vapor D印osition)，簡(jiǎn)稱PVD。其中PVD沉積技術(shù)包括蒸鍍和濺鍍，后者是在一個(gè)等離子的腔體中，等離子轟擊靶材，釋放出靶材原子，這些被撞擊出來的靶材原子沉積在硅片表面，該過程稱為濺射。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)一個(gè)靶材達(dá)到其自身的使用壽命時(shí)，對(duì)采用該靶材進(jìn)行淀積的不同批次的薄膜的電阻均勻性進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，采用同一個(gè)靶材淀積的所有硅片的薄膜中，薄膜的電阻均勻性很差。以半導(dǎo)體器件生產(chǎn)過程中的金屬濺射過程為例，圖I為在同一個(gè)靶材的使用壽命時(shí)間內(nèi)，不同批次的薄膜的電阻均勻性的變化情況，橫坐標(biāo)為使用時(shí)間，縱坐標(biāo)表示同一批次硅片中淀積的薄膜的電阻不均勻度的百分比，從圖中可以看出，隨著靶材使用時(shí)間的延長(zhǎng)，同一批次硅片中的薄膜的電阻均勻性逐漸變差，即表示薄膜電阻不均勻度的百分比越來越大。從靶材使用的長(zhǎng)期效果和整個(gè)生產(chǎn)過程來看，如何提高采用同一個(gè)靶材濺射得到的薄膜電阻的均勻性是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種濺射靶材，提高了采用同一個(gè)靶材濺射形成的薄膜的電阻的均勻性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種靶材，包括靶材本體和設(shè)置在所述靶材本體上的凸起，所述凸起的表面凹凸不平，所述凸起的高度的變化規(guī)律與濺射粒子在靶材各區(qū)域的撞擊頻率的變化規(guī)律一致。優(yōu)選的，所述凸起中凸出的區(qū)域?yàn)闉R射粒子撞擊頻率大的區(qū)域，所述凸起中凹陷的區(qū)域?yàn)闉R射粒子撞擊頻率小的區(qū)域。優(yōu)選的，所述靶材本體的橫截面為圓形。優(yōu)選的，所述靶材本體和所述凸起為一體成型結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述靶材的材質(zhì)為鋁-銅合金。優(yōu)選的，所述鋁-銅合金中鋁的質(zhì)量百分含量為99.5%，銅的質(zhì)量百分含量為
0.5%。優(yōu)選的，所述凸起為環(huán)形凸起。優(yōu)選的，所述靶材的材質(zhì)為鈦。相對(duì)上述背景技術(shù)，本發(fā)明所提供的靶材，包括靶材本體和設(shè)置在所述靶材本體上的凸起，所述凸起高度的變化規(guī)律與濺射粒子在靶材各區(qū)域的撞擊頻率的變化規(guī)律一致。靶材使用時(shí)，撞擊頻繁的部位靶材消耗較快，撞擊不頻繁的部位靶材消耗較慢，而靶材上的凸起高度變化規(guī)律與撞擊頻率的變化規(guī)律一致，即撞擊頻繁的部位凸起的高度就較高，撞擊不頻繁的部位凸起的高度就較低，因此，在凸起的消耗過程中(即前段消耗中)就會(huì)出現(xiàn)平整的面，此時(shí)凸起消耗完畢，然后靶材本體繼續(xù)消耗(即后段消耗中)出現(xiàn)凹槽，直至凹槽達(dá)到一定的深度(即靶材的所允許使用的范圍)。 由于薄膜的厚度與機(jī)臺(tái)和靶材之間的距離有關(guān)，在靶材的前段消耗中，靶材各處與機(jī)臺(tái)之間距離差距的逐漸減小，所生產(chǎn)的不同批硅片的薄膜厚度的不均勻度逐漸降低，即均勻度逐漸提高；而在靶材的后段消耗中，隨著凹槽的出現(xiàn)、加深，即靶材各處與機(jī)臺(tái)之間距離差距的增大，所生產(chǎn)的不同批硅片的薄膜厚度的不均勻性逐漸提高，即均勻度逐漸降低。使用本發(fā)明所提供的祀材，從整體上看，在采用同一個(gè)靶材形成的所有薄膜中，薄膜厚度的均勻性先提高后降低，前后平均后，提高了整體薄膜厚度的均勻性，從而提高了采用同一個(gè)靶材濺射形成的薄膜的電阻的均勻性。同時(shí)，由于凸起的設(shè)置，還延長(zhǎng)了靶材的使用壽命。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中PVD后金屬薄膜的電阻均勻性變化曲線示意圖；圖2為濺射靶材使用之初的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為濺射靶材達(dá)到壽命要求后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的濺射靶材的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例所提供的濺射靶材使用一段時(shí)間后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例所提供的濺射靶材達(dá)到壽命要求后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中PVD后金屬薄膜的電阻均勻性變化曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式正如背景技術(shù)部分所述，從長(zhǎng)期效果來看，現(xiàn)有技術(shù)中采用同一個(gè)靶材，生產(chǎn)的不同批次硅片的薄膜的均勻性逐漸變差。下面結(jié)合濺射過程中靶材的消耗過程對(duì)出現(xiàn)該問題的原因進(jìn)行分析，參見圖2和圖3，以金屬薄膜的濺射過程為例，圖2為濺射靶材使用之初的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為濺射靶材達(dá)到壽命要求后的結(jié)構(gòu)示意圖。靶材使用之初，濺射靶材I (以下簡(jiǎn)稱靶材)具有光滑、平整的濺射面11，該靶材I使用時(shí)，濺射粒子(等離子體)轟擊該光滑、平整的濺射面11，靶材I釋放出靶材原子，這些被撞擊出來的靶材原子沉積在硅片表面。當(dāng)靶材I使用一段時(shí)間后，由于靶材原子的釋放，靶材I的厚度變薄；還由于濺射過程中帶電的等離子撞擊濺射面11的角度、頻率及能量等有所不同，因此靶材I被頻繁撞擊的部位厚度變薄較快，反之厚度變薄較慢，進(jìn)而就出現(xiàn)了凹槽12。由于淀積的薄膜的厚度與機(jī)臺(tái)2和靶材I之間的距離和淀積時(shí)間有關(guān)，因此隨著凹槽12的出現(xiàn)、凹槽12深度的增加，即靶材濺射面11各處與機(jī)臺(tái)2之間距離差距增大，在同樣的淀積時(shí)間內(nèi)，薄膜的厚度會(huì)越來越薄，這樣就會(huì)導(dǎo)致在一個(gè)靶材的使用壽命時(shí)間內(nèi)，所生產(chǎn)的不同批次硅片的薄膜的厚度是不同的，甚至同一批次的薄膜的厚度也存在差別，即采用同一個(gè)靶材生產(chǎn)的所有硅片中，薄膜厚度的均勻性很差，從而導(dǎo)致薄膜電阻的均勻性很差?；谝陨犀F(xiàn)象，發(fā)明人對(duì)靶材上的凹槽的形成原因進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)這些靶材上的凹槽對(duì)應(yīng)位于每一個(gè)靶材上的位置大致相同，據(jù)此，可以推斷這些靶材上凹槽所對(duì)應(yīng)的位置為濺射過程中受等離子撞擊比較頻繁的部位。至此，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)上述問題的根本原因是，在濺射過程中，濺射粒子撞擊靶材各區(qū)域的頻率不同，隨著濺射過程的進(jìn)行，靶材表面不再平整，而是出現(xiàn)凹凸不平的 現(xiàn)象，在濺射粒子撞擊頻率大的地方就會(huì)出現(xiàn)凹槽，在凹槽區(qū)域，靶材濺射面與機(jī)臺(tái)之間距離就會(huì)增大，撞擊出的粒子沉積到硅片表面所需的時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，但由于在同一結(jié)構(gòu)的濺射過程中，不同批次的硅片的淀積時(shí)間是相同的，從而導(dǎo)致在不同批次中，淀積的薄膜厚度越來越薄，薄膜的厚度不同，電阻必然不同。因此，從長(zhǎng)期效果來看，采用同一個(gè)靶材淀積的所有硅片的薄膜中，薄膜的電阻均勻性很差。因此，發(fā)明人考慮，可通過對(duì)靶材上被濺射粒子撞擊頻率大的區(qū)域進(jìn)行加厚，來減小濺射過程中靶材與機(jī)臺(tái)之間的距離差距，從而提高金屬薄膜的均勻性。下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明所提供的靶材。參考圖4、圖5和圖6，圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的濺射靶材的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例所提供的濺射靶材使用一段時(shí)間后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例所提供的濺射靶材達(dá)到壽命要求后的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明所提供的靶材包括靶材本體31和設(shè)置在靶材本體31上的凸起32，凸起32高度的變化規(guī)律與撞擊頻率的變化規(guī)律一致。工作時(shí)，等離子轟擊靶材的一個(gè)表面，在此不妨將該被轟擊的面定義為濺射面，對(duì)于本發(fā)明所提供的靶材在未被使用前，凸起32向外凸出的曲面即為濺射面。靶材使用時(shí)，撞擊頻繁的部位靶材消耗較快，撞擊不頻繁的部位靶材消耗較慢，而靶材上的凸起32高度變化規(guī)律與撞擊頻率的變化規(guī)律一致，即撞擊頻繁的部位，凸起32的高度就較高，撞擊不頻繁的部位，凸起32的高度就較低，因此，在凸起32的消耗過程中(即前段中)濺射面就會(huì)向外凸出的曲面逐漸平整，直至濺射面為平整的平面，此時(shí)凸起32消耗完畢，然后靶材本體31繼續(xù)消耗(即后段中)出現(xiàn)凹槽33，此時(shí)濺射面為向內(nèi)凹的曲面，直至凹槽33達(dá)到一定的深度(即靶材的所允許使用的范圍)。由于金屬薄膜的厚度與機(jī)臺(tái)2和靶材之間的距離有關(guān)，在前段中，靶材各處與機(jī)臺(tái)2之間距離差距的逐漸減小，所生產(chǎn)的不同批硅片的金屬薄膜厚度的不均勻度逐漸降低，即均勻性逐漸提高；而在后段中，與背景技術(shù)相同，隨著凹槽33的出現(xiàn)、加深，即靶材各處與機(jī)臺(tái)2之間距離差距的增大，所生產(chǎn)的不同批硅片的金屬薄膜厚度的不均勻度逐漸提高，即均勻性逐漸降低。使用本發(fā)明所提供的靶材，金屬薄膜厚度的均勻性先提高后降低，均勻性前后平均之后，提高了金屬薄膜厚度的均勻性，從而提高了采用同一個(gè)靶材濺射形成的薄膜的電阻的均勻性。同時(shí)由于凸起31的設(shè)置，還提高了靶材的使用壽命。下面對(duì)本發(fā)明所提供的靶材在其使用范圍內(nèi)所生產(chǎn)的不同批次的硅片進(jìn)行金屬薄膜電阻大小的檢測(cè)，計(jì)算出不同批次的電阻均勻性，并繪制電阻均勻性的變化曲線，如圖7所示，在靶材的使用范圍內(nèi)，金屬薄膜的電阻均勻性百分比逐漸變小，達(dá)到最小值后又逐漸變大，即金屬薄膜厚度的均勻性先提高，然后又逐漸變差，相對(duì)于背景技術(shù)，提高了金屬薄膜厚度的均勻性，即提高了薄膜電阻的均勻性。另外，一般本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)將靶材本體31的形狀設(shè)置為圓柱體，即此處所說的靶材本體31即為現(xiàn)有技術(shù)中常見的(新的)靶材。本發(fā)明實(shí)施例所提供的靶材是在現(xiàn)有靶材的基礎(chǔ)上做了相應(yīng)改進(jìn)而形成的。此外，靶材本體31與凸起32之間可以加工為分體式結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行固定，也可以直接加工為整體式結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實(shí)施例中優(yōu)選靶材本31和凸起32為一體成型結(jié)構(gòu)。
在半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)過程中，使用到濺射工藝的過程通常為金屬的沉積過程，一般靶材可以是金屬鈦淀積過程中使用的鈦靶材，還可以是鋁-銅合金層淀積過程中使用的鋁-銅合金靶材，下面簡(jiǎn)單介紹一下鋁-銅合金靶材。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將凸起32設(shè)置為環(huán)形凸起，還可以將凸起32的個(gè)數(shù)設(shè)置為3，本發(fā)明實(shí)施例中的靶材為鋁-銅合金靶材，所述鋁-銅合金中鋁的質(zhì)量百分含量為99.5%,銅的質(zhì)量百分含量為0.5%。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還可以設(shè)置3個(gè)凸起與靶材本體31中心的距離之比為1:2: 3,即這3個(gè)凸起沿祀材本體31的中心向外延伸成等間距排列。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合于本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種濺射靶材，其特征在于，包括靶材本體和設(shè)置在所述靶材本體上的凸起，所述凸起的表面凹凸不平，所述凸起的高度的變化規(guī)律與濺射粒子在靶材各區(qū)域的撞擊頻率的變化規(guī)律一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的靶材，其特征在于，所述凸起中凸出的區(qū)域?yàn)闉R射粒子撞擊頻率大的區(qū)域，所述凸起中凹陷的區(qū)域?yàn)闉R射粒子撞擊頻率小的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靶材，其特征在于，所述靶材本體的橫截面為圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靶材，其特征在于，所述靶材本體和所述凸起為一體成型結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的靶材，其特征在于，所述靶材的材質(zhì)為鋁-銅合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靶材，其特征在于，所述鋁-銅合金中鋁的質(zhì)量百分含量為99.5%,銅的質(zhì)量百分含量為0.5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靶材，其特征在于，所述凸起為環(huán)形凸起。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的靶材，其特征在于，所述靶材的材質(zhì)為鈦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種濺射靶材，包括靶材本體和設(shè)置在所述靶材本體上的凸起，所述凸起的表面凹凸不平，所述凸起的高度的變化規(guī)律與濺射粒子在靶材各區(qū)域的撞擊頻率的變化規(guī)律一致。本發(fā)明實(shí)施例提供的靶材，在前段消耗中，靶材各處與機(jī)臺(tái)之間距離差距的逐漸減小，所生產(chǎn)的不同批硅片的薄膜厚度的不均勻度逐漸降低；而在后段消耗中，靶材各處與機(jī)臺(tái)之間距離差距的增大，所生產(chǎn)的不同批硅片的薄膜厚度的不均勻性逐漸提高。使用本發(fā)明所提供的靶材，從整體上看，在采用同一個(gè)靶材形成的所有薄膜中，薄膜厚度的均勻性先提高后降低，前后平均后，提高了整體薄膜厚度的均勻性，從而提高了采用同一個(gè)靶材濺射形成的薄膜的電阻的均勻性。
文檔編號(hào)C23C14/14GK102912301SQ20111022279
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者閔煉鋒 申請(qǐng)人:無錫華潤(rùn)上華科技有限公司