脆性金属合金溅射靶及其制造方法技术

本发明专利技术提供脆性金属合金溅射靶及其制造方法。制造溅射靶组件的方法包括步骤：混合／掺和选择量的至少一种第Ⅷ族贵金属或者近贵金属的粉末和至少一种第ⅣＢ、ⅤＢ或者ⅥＢ族难熔金属的粉末；将混合／掺和的粉末形成密度增加的生坯；从生坯形成全密度坯；从全密度坯切割靶板切片；将垫板扩散结合到靶板切片的表面以形成靶／垫板组件；和将靶／垫板组件加工至所选择的最终尺寸。本公开方法对制造用于半导体金属化工艺的大直径Ｒｕ－Ｔａ合金靶特别有用。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容一般涉及用于溅射沉积工艺过程的靶及其制造方 法。具体而言，本公开内容涉及由周期表第Vin族金属和第IVB、 VB 和VIB族难熔金属的脆性金属合金构成的靶，尤其是由Ru-Ta合金构 成的靶。
技术介绍
鉴于铜(Cu)和Cu-基合金具有很低的电阻率、相对高的电迁 移阻力和低成本，它们经常被用于制造这样的集成电路半导体器件一 一这些半导体器件要求复杂的金属化系统以用于对器件位于其上的半 导体晶片进行工艺后段(back-end of line)加工。虽然Cu和Cu-基合 金作为目前的优选材料用于形成先进集成电路的电连接，但它们存在 几个缺点，可能使其应用存在问题。具体地说，Cu和Cu-基合金不能很好地粘附到通常作为层间绝 缘层(ILD)的氧化物材料上；它们可能扩散进入相邻绝缘层，造成绝 缘性能的丧失和形成导致短路的不期望电路；以及，氧原子从相邻绝 缘层扩散进入Cu或者Cu-基合金层可能导致导电性的损失。为了减少 Qi-基金属化方案的至少一些这些缺点， 一般将Ta/TaN双层插入到氧 化物基绝缘层和Cu-基金属化层之间，TaN作为阻挡层阻止扩散，而 Ta层作为Cu-基金属化层的粘着层，Cu-基金属化层一般通过电镀工艺 在其上形成。在实践中，在电镀前需要在Ta粘着层上通过物理气相沉 积(PVD)工艺，如溅射，形成薄的Cu或者Cu-基种子层。然而，鉴 于被金属化器件的复杂表面状况，获得具有良好连续性的Cu种子层通 常是困难的。钌(Ru)已经被建议作为可能的替代物替代传统上应用在Cu基金属化工艺中的Ta粘着层和Cu种子层。鉴于Ru的几种优异的性能 /特征，同传统的金属化方法相比，Ru的使用提供几个潜在的优点。 具体说，Ru: (1)不容易氧化，并且即使发生氧化，氧化物是导电的， 因此减轻了氧化后导电性的损失；和(2)它粘着TaN和Cu，因此提 供了其作为种子层和电镀层使用的可能性。溅射沉积是一项有吸引力的技术，其用于形成半导体集成电路 器件的工艺后段金属化所需要的具有良好表面覆盖度的薄膜。然而， 不利的是，在金属化工艺中潜在有用的许多金属合金，尤其是Ru及其 合金的脆性阻止了合金基溅射靶的开发，尤其阻止了以生产规模、成 本有效的方式进行目前所用大直径半导体晶片的金属化工艺所需的大 直径靶的发展。鉴于上述，存在着对这样的脆性金属合金基溅射靶，特别是Ru 合金基溅射靶及其制造方法的明显需求，尤其是适合用于以生产规模、 成本有效的方式进行大直径半导体晶片的金属化工艺的大直径靶。而 且，存在着对包括脆性金属合金如RuTa合金的溅射靶的一般需求，以 用于半导体器件制造加工等工艺中，脆性金属即周期表第VIII族的贵 金属(precious and noble Group VIII metals)和第IVB、 VB和VIB族 的难熔金属。 —
技术实现思路
本公开内容的优点是制造脆性金属合金溅射靶的改进方法。 本公开内容的另一个优点是制造脆性Ru-Ta合金溅射靶的改进 方法。本公开内容的进一步优点是根据本公开内容的改进方法制造的 改进的脆性金属合金和Ru-Ta合金溅射靶。本公开内容的又一个优点是改进的脆性金属合金和Ru-Ta合金 溅射靶。本公开内容的其它优点和特征将在下面的公开内容中提出，其 部分内容对本领域的技术人员在审査了以下内容后将会变得显而易 见，或者可以从本公开内容的实施中学到。如在所附的权利要求书中 所特别指出的那样，所述优点可以被实现和得到。 根据本公开内容的方面，通过制造金属合金溅射靶组件的改进方法，部分实现上述和其它优点，其包括步骤(a) 提供选择量的至少一种周期表第VIII族的贵金属或者近贵金属 粉末和至少一种选自周期表第IVB、 VB和VIB族的难熔金属粉末；(b) 混合/掺和选择量的粉末以形成具有选择的原子比例金属的混合 /掺和粉末；(c) 将混合/掺和的粉末形成密度增加的生坯(green compact);(d) 从生坯形成全密度坯；(e) 从所述全密度坯切割靶板切片；(f) 将垫板(backing plate)扩散结合(diffusion bonding)到所述靶板切 片的表面以形成靶/垫板组件；和(g) 机械加工靶/垫板组件至选择的最终尺寸。根据本公开内容的实施方式，步骤(a)包括提供选择量的至少 一种选自钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、钴(Co)、镍(Ni)、锇(Os)、 铱(Ir)和铂(Pt)的第VIII族金属的粉末，和至少一种选自钽(Ta)、 钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钼(Mo)和钨(W)的第IVB、 VB或者VIB族难熔金属的粉末。优选地，步骤(a)包括提供选择量的Ru和Ta的粉末；步骤(c) 包括冷等静压加工(CIP);步骤(d)包括热等静压加工(HIP);步骤 (e)包括电火花加工(EDM);步骤(f)包括HIP;和步骤(g)包括 加工耙/垫板组件，使其直径为大约17.5英寸。本公开内容的另一方面是根据上述方法制造的改进的溅射靶组 件。本公开内容的另一方面是制造Ru-Ta合金溅射靶组件的改进方 法，其包括步骤(a) 混合/掺和选择量的Ru和Ta粉末以形成具有选择的Ru比 Ta原子比例的混合/掺和粉末；(b) 将所述混合/掺和的粉末形成密度增加的生坯；(c) 从所述生坯形成全密度坯；(d) 从所述全密度坯切割靶板切片；(e) 将垫板扩散结合到所述靶板切片的表面以形成靶/垫板组件； 和(f)加工所述耙/垫板组件至选择的最终尺寸。根据本公开内容的优选实施方式，步骤(a)包括形成Ru与Ta 的原子比例在大约95: 5到大约5: 95范围的混合潜和的Ru/Ta粉末；步骤(b)包括冷等静压加工(CIP );步骤(C)包括热等静压加工(HIP);步骤(d)包括电火花加工(EDM);和歩骤(e)包括HIP。 更优选地，步骤(a)包括形成Ru与Ta的原子比例从大约90:10 到大约40:60的混合/掺和的Ru/Ta粉末；和步骤(e)包括扩散结合 CuZn垫板。本公开内容的进一步优选实施方式包括其中步骤(f)包括加工 所述靶/垫板组件，使其直径为大约17.5英寸的那些实施方式。 本公开内容的其它方面包括根据上述方法制造的改进的Ru-Ta 合金溅射耙组件。本公开内容的另一方面是改进的Ru-Ta合金溅射靶组件，其包 括(a) 耙板，其具有溅射表面并由至少一种来自周期表第VIII族的贵 或者近贵金属和至少一种选自周期表第IVB、VB和VIB族的难熔金属 构成；和(b) 垫板，其被扩散结合到与溅射表面相反的靶板表面上。 根据本公开内容的实施方式，靶板包括至少一种选自钌(Ru)、 铑(Rh)、钯(Pd)、钴(Co)、镍(NO、锇(Os)、铱(Ir)和铂(Pt) 的第VIII族金属；和至少一种选自钽(Ta)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、 铌(Nb)、钼(Mo)和钨(W)的第IVB、 VB或者VIB族的难熔金 属。优选地，靶板包括Ru-Ta合金，该合金的Ru比Ta的原子比例 在大约95: 5到大约5:95范围，更优选地在从大约90:10到大约40:60 范围；垫材包括CuZn;并且靶的直径为大约17.5英寸。 根据以下详述，本公开内容的其它优点对本领域的技术人员将 本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造金属合金溅射靶组件的方法，其包括步骤：　（ａ）提供选择量的至少一种来自周期表第Ⅷ族贵金属或者近贵金属的粉末和至少一种选自周期表第ⅣＢ、ⅤＢ和ⅥＢ族的难熔金属的粉末；　（ｂ）混合／掺和所述选择量的粉末，以形成具有选择原子比例的金属的混合／掺和粉末；　（ｃ）将所述混合／掺和粉末形成密度增加的生坯；　（ｄ）从所述生坯形成全密度坯；　（ｅ）从所述全密度坯切割靶板切片；　（ｆ）将垫板扩散结合到所述靶板切片的表面，以形成靶／垫板组件；和　（ｇ）加工所述靶／垫板组件至所选择的最终尺寸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：易骛文，B孔克尔，C德林顿，李辛华，A德奥杜特，
申请(专利权)人：贺利氏有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]