具有特殊的表面處理和良好顆粒性能的硅濺射靶及其制造方法
【專利摘要】提供一種包括Si靶和背襯板的濺射靶組件，其中所述背襯板結(jié)合到所述靶上。Si靶包括平滑的、鏡面狀的表面，并具有小于約15.0埃的表面粗糙度。提供用于制造硅靶/背襯板組件的方法，其中，加工硅坯件以從坯件表面去除劃痕，產(chǎn)生靶上的鏡面狀的表面、以及15.0?；蚋〉谋砻娲植诙?。該方法包括第一和第二清潔步驟，第一步驟在劃痕去除步驟之前進行，且第二步驟在劃痕去除之后進行。
【專利說明】具有特殊的表面處理和良好顆粒性能的硅濺射靶及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請要求2011年11月8日提交的美國臨時專利申請序列號61/556926的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種結(jié)合到由Mo、T1、Zr、Ta、Hf、Nb、W、Cu和這些元素的合金組成的背襯板、或Mo/Cu、Ti/Al復合材料背襯板的硅濺射靶以及制造這種靶的方法。本發(fā)明的一方面涉及一種采用(具有，with)特殊表面處理的硅-背襯板濺射靶組件。
【背景技術(shù)】
[0004]硅(Si)是按質(zhì)量計在宇宙中是最常見的元素之一，并且它主要以砂(沙)、塵土、二氧化硅(硅石)、或硅酸鹽等的化合物形式存在。純的晶體硅是灰色的且性質(zhì)是脆的。硅的原子序數(shù)是14，原子量是28.09，且密度為2.33克/厘米3。硅在室溫下具有金剛石立方晶體結(jié)構(gòu)，熔點為1310°C，沸點為2357°C。此外，硅在25.(TC的溫度下具有2.49 μ m/m-°C的線性熱膨脹系數(shù)(CTE)。
[0005]硅是一種半導體且在現(xiàn)代世界經(jīng)濟中扮演關(guān)鍵的角色。實際上，整個現(xiàn)代半導體微電子行業(yè)是建立在硅的基礎(chǔ)上的。硅被廣泛用于集成電路、芯片、邏輯電子設備和存儲電子設備。硅及其化合物不僅用于形成在其上建造半導體芯片的基板，也用于芯片和集成電路(IC)內(nèi)晶體管和堆疊結(jié)構(gòu)的功能單元或?qū)?，例如硅電極、二氧化硅介電層和氮化硅掩模層。
[0006]近年來，高k金屬柵極(HKMG)晶體管技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)并應用于45納米及以下工藝以制造用于多種高性能和低功耗應用的IC器件，例如圖形、網(wǎng)絡和無線移動應用。高k金屬柵極(HKMG)的關(guān)鍵任務之一是要找出合適的新的金屬材料和可靠的成膜方法來控制具有高的導通電流和低的泄漏電流的通道，并保持復雜結(jié)構(gòu)的完整性。Hf、TiAl、TiN、TiAlN、TiSiN, TaAlN, TaSiN和稀土金屬被報道用作金屬柵極材料。近來，由于硅的獨特的化學和物理性質(zhì)、以及其與建立在硅之上的半導體技術(shù)的天然聯(lián)系，利用硅作為金屬柵結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)倍受關(guān)注。
[0007]在IC和芯片內(nèi)部的在基板之外的硅和氮化硅層在傳統(tǒng)上是通過化學氣相沉積(CVD)方法形成的。隨著微電子工業(yè)利用45納米及以下技術(shù)驅(qū)使器件和電路的小型化朝著納米尺寸發(fā)展，對于膜/結(jié)構(gòu)形成方法的精度和最小影響的器件完整性已經(jīng)提出了不斷增加的嚴格要求。濺射是一種機制，通過該機制，作為通過物理氣相沉積(PVD)技術(shù)與高能離子碰撞的結(jié)果，使原子從材料(靶)的表面移出，其中通過高能離子轟擊，使原子或分子從靶材噴射出來，以致噴射出的原子或原子簇能夠在基板上聚結(jié)為薄膜。相比于CVD工藝，濺射具有對大量原子的輸運和沉積的更精確的控制，并且對所沉積的膜結(jié)構(gòu)的熱沖擊更少。通過PVD工藝的Si濺射靶正變得更廣泛地用于硅層(例如金屬柵電極)和它的化合物結(jié)構(gòu)層(例如微電子集成電路和通信設備內(nèi)部的氮化硅和硅碳化物)，其用于各種各樣的高性能且低功率的應用(如圖形、網(wǎng)絡和無線移動應用)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一種實施方式中,娃祀包括具有無缺陷的表面的娃勒1?件(?料，blank),以及鑰背襯板、鑰銅復合材料背襯板或鈦鋁復合材料背襯板。所述靶坯件通過焊料結(jié)合(solderbonded)、釬焊結(jié)合(braze bonded)、箔結(jié)合(foil bonded)、或其它低溫結(jié)合方法結(jié)合到背襯板。開發(fā)了表面工藝(表面處理，surface process)以實現(xiàn)硅濺射靶的幾乎無缺陷/損傷的表面，以減少預燒(burn-1n)時間和由濺射靶沉積的膜上的顆粒。所述表面工藝包括機加工、研磨、檢驗、磨光(lap)、清潔、表面損傷去除(即劃痕去除)、清潔、拋光、清潔、檢驗、最終清潔、以及最終檢驗步驟。本發(fā)明還提供了制造硅濺射靶的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】[0009]下面的詳細描述參考了附圖，其中:
[0010]圖1是對比的Si靶表面工藝A的工藝流程圖。
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的Si靶表面工藝，即工藝B的工藝流程圖。
[0012]圖3是由對比工藝A制備的Si靶表面的一組光學顯微照片。在這些表面上觀察到包括劃痕、微裂紋、凹痕(indentation)、孔以及缺口的缺陷。
[0013]圖4是由對比工藝A制備的Si靶表面的一組SEM圖像。在這些表面上觀察到包括劃痕、斑點(stain)、孔、缺口和微裂縫的缺陷。
[0014]圖5是由根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的工藝B制備的Si祀表面的一組光學顯微照片。除了幾個點缺陷之外，這些表面是清潔的且?guī)缀鯚o缺陷。
[0015]圖6是由對比表面工藝A制備的Si靶的干涉儀成像和表面粗糙度測量結(jié)果。在靶的中心檢測到平行劃痕。在離靶面周邊3英寸的五個位置進行了干涉儀粗糙度測量-靶表面中心(PC)，3點鐘位置(P3)，6點鐘位置(P6)，9點鐘位置(P9)，和12點鐘位置(P12)。所測量的粗糙度為 PC = 20.848 埃，P3 = 16.749 埃，P6 = 14.689 埃，P9 = 16.199 埃，和P12 = 15.487埃。測得的平均粗糙度為16.794埃且標準偏差為2.394埃。
[0016]圖7是由根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的表面工藝B制備的Si靶的干涉儀成像和表面粗糙度測量結(jié)果。在表面上未檢測到明顯的缺陷。測得的粗糙度為PC= 11.911埃，P3 = 13.857 埃，P6 = 15.079 埃，P9 = 14.625 埃，和 P12 = 11.888 埃。測得的平均粗糙度為13.472埃且標準偏差為1.500埃。
[0017]圖8是由通過對比工藝A制備的Si祀沉積的Si膜的顆粒分布圖(map)和顆粒計數(shù)。在所述Si靶被調(diào)制(condition)/預燒超過24小時后，在膜上檢測到總共869個顆粒。
[0018]圖9是由通過根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的工藝B制備的Si靶沉積的Si膜的顆粒分布圖和顆粒計數(shù)。在所述Si靶被調(diào)制/預燒不到8小時后，在膜上檢測到僅25個顆粒。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明所包括的硅濺射靶可具有任何合適的幾何形狀(幾何結(jié)構(gòu)，geometry)。本發(fā)明包括一種采用(具有)刮痕去除表面處理的、具有良好的顆粒和預燒性能的硅靶的制造方法。硅靶的純度為至少99.999%，優(yōu)選為99.9999%，不包括摻雜劑。硅靶坯件的直徑最高達550毫米，且可以是本征的、P型摻雜的、或η型摻雜的。硅坯件可以具有多晶、單晶、或者半單晶結(jié)構(gòu)。雖然可以使用其它結(jié)構(gòu)的硅，但是根據(jù)本專利，單晶結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。硅原料和其摻雜劑元素熔化以從熔化液體生長硅錠，這優(yōu)選通過直拉晶體生長法(Czochralskicrystal growth method)或鑄造工藝進行。得到的錠可以具有任何尺寸和任何合適的形狀，包括圓形、正方形和矩形。隨后檢測該硅錠并且將其線鋸鋸切成用于制造不同部件的不同期望厚度的錠切片。硅錠切片經(jīng)歷表面工藝處理以實現(xiàn)期望的尺寸及表面狀況。表面工藝包括但不限于制造操作，例如機加工、研磨、磨光、拋光、表面損傷去除(即，劃痕去除)、蝕刻、清潔、以及檢驗，優(yōu)選在這些操作的任意兩個之間施加額外的清潔步驟，以形成具有期望的表面狀況和特性以及幾何尺寸的硅靶坯件。然后，將完成的硅坯件通過焊料結(jié)合或其它低溫結(jié)合方法結(jié)合到背襯板以獲得硅靶坯件-背襯板組件。焊料可以是但不限于銦、錫-銀，也可以使用納米箔。有很多背襯板材料的選擇，包括但不限于Mo、T1、Zr、Ta、Hf、Nb、W、Cu以及這些元素的合金，或復合材料背襯板如Mo/Cu和Ti/Al。背襯板材料具有選擇以與硅的熱膨脹系數(shù)密切匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)。結(jié)合的靶組件的直徑可以為200毫米、300毫米、和更大，并且可以制造用于具有不同OEM設計的靶構(gòu)造。
[0020]根據(jù)上述工藝制備了示例性的具有超精細表面的硅靶。使用99.9999%或更高純度的Si原料通過使用直拉晶體生長法生長Si錠，優(yōu)選具有300mm至800mm的直徑、大于450mm的優(yōu)選直徑的無位錯單晶Si錠。由GDMS法測得的所得錠的組成列于表1中。
[0021]表1
[0022]
【權(quán)利要求】
1.濺射靶組件，其包括Si靶和結(jié)合到所述靶的背襯板，所述Si靶具有光滑的鏡面表面和小于15.0埃的表面粗糙度。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述背襯板包含Mo或Mo/Cu復合材料或Al/Ti復合材料。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述粗糙度為約13.5埃，其標準偏差為約1.5埃。
4.如權(quán)利要求1所述的組件與通過所述靶在基板上的濺射涂覆制備的Si膜的組合，在8小時或更短的靶預燒后，所述基板包括Si且具有50或更小的顆粒計數(shù)。
5.制造硅靶/背襯板組件的方法，其包括:提供硅坯件，和從所述坯件去除劃痕的步驟，以在所述靶上提供鏡面狀的表面和在所述表面上提供15.0?；蚋〉谋砻娲植诙?， 所述方法還包括:第一和第二清潔步驟，所述第一步驟在所述劃痕去除之前進行，且所述第二步驟在所述劃痕去除之后進行。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一或第二清潔步驟包括將所述坯件表面與包含聚合物的液體清潔溶液接觸。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述聚合物為選自聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和羥乙基纖維素的成員。
【文檔編號】C23C14/00GK103917685SQ201280054872
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月8日
【發(fā)明者】Y.元, E.Y.伊瓦諾夫, Y.劉, P.弗勞斯托, W.苗 申請人:東曹Smd有限公司