用于PVD腔室的溅射靶材制造技术

本申请公开了用于PVD腔室的溅射靶材。本文公开靶材组件及包括靶材组件的PVD腔室。靶材组件包括具有凹面外形的靶材。当用于PVD腔室中时，凹面靶材在配置于溅射腔室中的基板上提供径向更均匀的沉积。

Sputtering target for PVD chamber

Sputtering target for PVD chamber is disclosed. Target assembly and PVD chamber comprising the same. Target assembly includes a target having a concave profile. When used in a PVD chamber, a concave target is provided with a radially more uniform deposition on a substrate disposed in the sputtering chamber.

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2010年3月30日、申请号为201080019306.1、名称为“用于PVD腔室的溅射靶材”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术的实施例大致有关于物理气相沉积领域。更明确地，本专利技术的实施例是关于用以改善沉积于物理气相沉积腔室中的薄膜的薄膜均匀性的凹面溅射靶材设计、包括凹面溅射靶材的腔室、及利用凹面靶材溅射材料于基板上的方法。
技术介绍
溅射是一种物理气相沉积(PVD)处理，其中高能离子撞击且侵蚀固体靶材并将靶材材料沉积于基板(例如，半导体基板，特定实例为硅晶圆)的表面上。半导体制造中，溅射处理通常实现于半导体制造腔室(此腔室也为已知的PVD处理腔室或溅射腔室)中。溅射腔室用来溅射沉积材料于基板上以制造电子电路，电子电路是诸如集成电路晶片与显示器。一般而言，溅射腔室包括封围壁，该封围壁围绕处理气体被导引进入其中的处理区；气体激发器，该气体激发器用以激发处理气体；及排气口，该排气口用以排气且控制腔室中的处理气体压力。腔室用于自溅射靶材溅射沉积材料于基板上，材料诸如金属(诸如，铝、铜、钨或钽)或金属化合物(诸如，氮化钽、氮化钨或氮化钛)。溅射处理中，溅射靶材由充能离子(例如，等离子体)所冲击，致使材料离开靶材而沉积成基板上的薄膜。典型半导体制造腔室具有一靶材组件，该靶材组件包括固体金属或其他材料的盘形靶材，靶材由固持靶材的背板所支撑。为了促进均匀沉积，PVD腔室可具有环绕盘形靶材周围的环状同心金属环(通常称为挡板)。挡板的内表面与靶材的周围表面间的缝隙一般称为暗区(darkspace)缝隙。图1和图2描绘现有技术中用于PVD腔室内的靶材组件的配置。图1是现有技术中的半导体制造腔室100的示意剖面图示，半导体制造腔室100包括腔室主体102及基板104，基板104由腔室主体102中的基板支撑件106所支撑。靶材组件111包括背板114所支撑的靶材112。相对于基板支撑件106有所间隔而设置的靶材包括有正面或可溅射区120。挡板108包括一大致环状外形金属环，该金属环延伸围绕靶材周围。挡板108由挡板支撑件110固持于腔室中。靶材112的正面120是实质平坦的。图2显示现有技术中靶材组件211的另一配置，此配置包括背板214及接合至背板的靶材212。靶材212外形为平截头体，且外形上大致为具有两个向内斜角边缘213的凸面，以致靶材的外周围部分的厚度小于靶材的中心部分。在半导体产业近来发展中，特别在高介电常数与金属闸极应用中，对薄膜良好均匀性的严格需求达到1至5埃等级，这对传统物理气相沉积(PVD)造成挑战。靶材表面至晶圆的间隔较长的磁控溅射中，晶圆中心区的薄膜倾向比晶圆上其他位置更厚，这妨碍达成薄膜厚度均匀性。期望提出能够提供横跨基板整个半径的较佳薄膜厚度均匀性的薄膜溅射系统。
技术实现思路
因此，本专利技术的一或多个实施例有关于溅射设备，该溅射设备包括腔室，该腔室具有界定处理区域的壁，处理区域包括有基板支撑件；靶材，该靶材与基板支撑件有所间隔；及功率源，该功率源耦接至靶材以自靶材溅射材料，靶材具有界定可溅射靶材表面的正面，可溅射靶材表面延伸于靶材的周围边缘之间，而可溅射靶材表面界定一实质上在周围边缘之间的整体凹面形状。一实施例中，整体凹面形状由被斜面区围绕的实质平坦中心区所界定。一实施例中，斜面区的倾斜角度在约5至30度范围中，以致靶材周围边缘的厚度大于中心区的厚度。特定实施例中，斜面区的角度在约7与15度范围中。在更为特定的实施例中，斜面区的角度在约7与13度范围中。某些实施例中，斜面区延伸至周围边缘。替代实施例中，斜面区延伸至外周围正面区。一或多个实施例中，靶材周围边缘界定靶材直径Rp而中心区具有直径Rc，且中心区直径使得Rc/Rp比例为0％至约90％。一或多个实施例中，其中Rc/Rp比例至少约60％且小于约90％。特定实施例中，Rc/Rp比例约70％。本专利技术的另一方面关于用于溅射腔室中的靶材组件，靶材包括界定可溅射靶材表面的正面，可溅射靶材表面延伸于周围边缘之间且可溅射靶材表面界定一实质上在周围边缘之间的整体凹面形状。一实施例中，整体凹面形状由被斜面区围绕的实质平坦中心区所界定。一实施例中，斜面区的倾斜角度在约5至20度范围中，以致靶材周围边缘的厚度大于中心区的厚度，例如斜面区的角度在约7与15度范围中，更特定地，斜面区的角度在约7与13度范围中。特定实施例中，靶材周围边缘界定靶材直径Rp且中心区具有直径Rc，而中心区直径使得Rc/Rp比例至少约50％且小于约90％。其他实施例中，Rc/Rp比例至少约60％且小于约90％。特定实施例中，Rc/Rp比例约70％。一实施例中，靶材接合至背板。另一方面关于改善溅射腔室中的溅射处理的径向均匀性的方法，该方法包括：以与基板有所间隔的方式将靶材配置于溅射腔室中，该基板具有面向靶材的径向表面，靶材包括界定可溅射靶材表面的正面，该可溅射靶材表面延伸于靶材周围边缘之间，且该可溅射靶材表面界定一实质上在周围边缘之间的整体凹面形状；以及，自靶材溅射材料以便横跨基板的径向表面均匀地沉积来自靶材的材料。【附图简单说明】可参照本专利技术的实施例(被例示于附图中)来理解本专利技术简短概述于上的特定描述。然而，需注意附图仅描绘本专利技术的典型实施例，且因此不被视为对本专利技术的范围的限制，因为本专利技术可允许其他等效实施例。图1是现有技术中具有平坦靶材的半导体制造腔室的示意剖面图；图2是现有技术中具有平截头体靶材的靶材组件的示意剖面图；图3A是包括根据第一实施例的靶材的半导体制造腔室的示意剖面图；图3B是图3A所示的靶材组件的示意剖面图；图3C是靶材组件的替代实施例的示意剖面图；图3D是靶材组件的替代实施例的示意剖面图；图3E是靶材组件的替代实施例的示意剖面图；图4是比较三种靶材设计的氮化钛(TiN)薄膜的薄膜厚度数据的图示；图5是显示倾斜靶材边缘的角度对氮化钛(TiN)薄膜的厚度与厚度非-均匀性的影响的图示；图6A是利用RF功率的处理(process)产生的图示，该图示针对根据本专利技术实施例的靶材显示Ar气体流率对规范化(normalized)Al厚度的影响；图6B是利用RF功率的处理产生的比较图示，该图示针对平坦靶材显示Ar气体流率对规范化Al厚度的影响；图6C是利用RF功率的处理产生的图示，该图示针对根据本专利技术实施例的靶材显示靶材-晶圆间隔(T-W)对规范化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体制造的溅射设备，所述设备包括：腔室，所述腔室具有界定处理区域的壁，所述处理区域包括基板支撑件；靶材，所述靶材与所述基板支撑件相间隔；以及RF功率源，所述RF功率源耦接至所述靶材以自所述靶材溅射材料，所述靶材具有界定可溅射靶材表面的正面，所述可溅射靶材表面延伸于所述靶材的周围边缘之间，且所述可溅射靶材表面界定实质上在所述周围边缘之间的整体凹面形状，所述整体凹面形状由被斜面区围绕的实质平坦中心区所界定，其中，所述靶材的所述周围边缘处的厚度大于所述中心区处的厚度，并且其中，所述靶材周围边缘界定靶材直径Rp，而所述中心区具有直径Rc，且所述中心区直径使得Rc/Rp比例为自60％至90％。

【技术特征摘要】
2009.04.03 US 61/166,682;2010.03.12 US 12/723,1991.一种用于半导体制造的溅射设备，所述设备包括：
腔室，所述腔室具有界定处理区域的壁，所述处理区域包括基板支撑件；
靶材，所述靶材与所述基板支撑件相间隔；以及
RF功率源，所述RF功率源耦接至所述靶材以自所述靶材溅射材料，所述靶
材具有界定可溅射靶材表面的正面，所述可溅射靶材表面延伸于所述靶材的周围边
缘之间，且所述可溅射靶材表面界定实质上在所述周围边缘之间的整体凹面形状，
所述整体凹面形状由被斜面区围绕的实质平坦中心区所界定，
其中，所述靶材的所述周围边缘处的厚度大于所述中心区处的厚度，并且
其中，所述靶材周围边缘界定靶材直径Rp，而所述中心区具有直径Rc，且所
述中心区直径使得Rc/Rp比例为自60％至90％。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述斜面区的倾斜角度在约5至30度范
围中。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述斜面区的角度在约7至13度范围中。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述斜面区延伸至所述周围边缘。
5.如权利要求1所述的设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·刘，R·王，X·唐，S·冈迪科塔，TJ·龚，M·M·拉希德，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US