專利名稱：鈦濺射環(huán)、應用該鈦濺射環(huán)的濺射反應器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導體晶片濺射領(lǐng)域內(nèi)一種磁力控制的方法，尤其涉及一種磁控 濺射環(huán)。
背景技術(shù)：
濺射也稱為物理氣相沉積(PVD)，是在充滿惰性氣體的處理容器中對半導體晶片 或其它基片進行涂鍍的一種方法。這些容器中包含有濺射靶和靠近濺射靶處放置的磁控濺 射環(huán)件。容器中的電場使惰性氣體產(chǎn)生電離，并從靶材上撞擊出原子，以將濺射靶材料沉積 到晶片上。同時，濺射靶材料上被撞擊出的原子為漫反射狀，需要對其加以約束。磁控濺射 環(huán)件就是配合平面靶材濺射使用的部件，其主要作用是通過其產(chǎn)生的電磁場對濺射出的靶 材料原子運動進行約束，同時吸附濺射過程中有可能出現(xiàn)的大的顆粒。美國專利US7, 618，521公開了一種應用在磁控管濺射室上的分離磁體環(huán)，該分離 磁體環(huán)是對傳統(tǒng)的磁控濺射環(huán)件的改進。但是，在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，應用該分離磁體環(huán)通過濺射 方法形成的膜層仍會經(jīng)常出現(xiàn)較大的顆粒，因而無法保證膜層的質(zhì)量。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種鈦濺射環(huán)或濺射反應器，用來防止或減少濺射形 成的膜層中出現(xiàn)較大的顆粒，從而提高膜層的均勻性。為解決上述問題，本實用新型提供一種鈦濺射環(huán)，該鈦濺射環(huán)上具有花紋，所述花 紋的大小大于80TPI、小于20TPI?？蛇x地，所述花紋的大小為大于45TPI，且小于25TPI?？蛇x地，所述花紋的大小為大于40TPI，且小于30TPI?？蛇x地，所述花紋的深度為大于100 μ m,且小于800 μ m?？蛇x地，所述花紋的深度為大于300 μ m,且小于700 μ m?？蛇x地，所述花紋的深度為大于400 μ m,且小于600 μ m。 可選地，所述花紋由多個菱形結(jié)構(gòu)重復排列形成。可選地，所述花紋采用滾花的方式制作?？蛇x地，所述鈦濺射環(huán)應用于8英寸襯底上進行濺射過程。為解決上述問題，本實用新型還提供一種濺射反應器，包括真空室，具有圍繞中心軸線布置的側(cè)壁；濺射靶材，被密封到所述真空室的一端；基座，沿所述中心軸線布置成與所述濺射靶材相對，用于支撐待處理的晶片；及如前面所述的鈦濺射環(huán)，所述鈦濺射環(huán)位于所述真空室內(nèi)，并位于所述濺射靶材 與所述基座之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所提供的鈦濺射環(huán)由于在表面增加了花紋，使得鈦 濺射環(huán)吸附顆粒的能力增強，從而改善了形成的膜層的均勻性。另外，較深的花紋深度也進一步增加了鈦濺射環(huán)的使用次數(shù)，延長了使用壽命。不僅如此，由于花紋的大小和深度都有 所增加，也便于鈦濺射環(huán)吸附的靶材粒子過多后需進行的必要的清理過程，使得清理更方 便且清理的也更干凈，避免出現(xiàn)清理不干凈的死角，清理后的再次使用時，也不會影響生產(chǎn) 過程。

通過附圖所示，本實用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附 圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在 于示出本實用新型的主旨。圖1為本實用新型實施例公開的鈦濺射環(huán)的花紋形狀示意圖。圖2為本實用新型實施例公開的鈦濺射環(huán)的花紋深度示意圖。圖3為本實用新型實施例公開的鈦濺射環(huán)的花紋結(jié)構(gòu)的圖片。圖4為本實用新型實施例公開的濺射反應器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本 實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新 型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實 用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本實用新型結(jié)合示意圖進行詳細描述，在詳述本實用新型實施例時，為便于 說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在 此不應限制本實用新型保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空 間尺寸。正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有技術(shù)中8英寸硅片生產(chǎn)中應用常規(guī)鈦濺射環(huán)形成的 膜層經(jīng)常會出現(xiàn)較大的顆粒，無法保證膜層的質(zhì)量。本實用新型的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在鈦濺 射環(huán)的表面利用滾花工藝形成尺寸大于80TPI、小于20TPI的花紋，可以改善鈦濺射環(huán)對較 大的濺射粒子的吸收，從而減少濺射形成的膜層中較大顆粒的數(shù)量，改善膜層的均勻性。本實用新型的發(fā)明人進一步發(fā)現(xiàn)，當鈦濺射環(huán)表面的滾花花紋的深度較淺(在 100 μ m以下)時，由于鈦濺射環(huán)上的花紋的作用是吸附從靶材上濺射出的大角度的靶材粒 子，而花紋深度較淺，經(jīng)過兩次使用后，這些靶材粒子就會填滿花紋的間隙，此時，如果繼續(xù) 使用，鈦濺射環(huán)對粒子的吸附作用就會減弱，并且吸附的粒子會掉落到下面的襯底上，影響 薄膜的形狀，進而使產(chǎn)品的電性降低?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，發(fā)明人進一步加深滾花花紋的深度， 使其大于100 μ m，以增加鈦濺射環(huán)的使用壽命。本實用新型實施例提供的鈦濺射環(huán)的花紋如圖1、圖2和圖3所示，圖1為花紋形 狀的示意圖，圖2為圖1沿A-A方向的剖視圖，即花紋深度的示意圖，圖中標號h所指示的 厚度即為花紋的深度，圖3為花紋結(jié)構(gòu)的圖片，顯示了花紋的立體結(jié)構(gòu)。本實施例中鈦濺射環(huán)的花紋的大小大于80TPI、小于20TPI，且深度大于100 μ m。 優(yōu)選的，所述花紋的大小為大于50TPI，且小于20TPI ；更優(yōu)選的，所述花紋的大小為大于45TPI，且小于25TPI ；再為優(yōu)選的，所述花紋的大小為大于40TPI，且小于30TPI。并且，優(yōu) 選的，所述花紋的深度為大于200 μ m,且小于800 μ m ；更優(yōu)選的，所述花紋的深度為大于 300 μ m,且小于700 μ m ；再為優(yōu)選的，所述花紋的深度為大于400 μ m,且小于600 μ m。需要說明的是，本實施例中限定，所述花紋的大小特指鈦濺射環(huán)上每英寸范圍內(nèi) 的花紋中最小結(jié)構(gòu)的個數(shù)，花紋的深度是指鈦濺射環(huán)上花紋中最小結(jié)構(gòu)的底部與頂部間的 距離。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，所述花紋一般由多個最小結(jié)構(gòu)重復排列形成的，這種 最小結(jié)構(gòu)可以有很多種形狀，如菱形、圓形、矩形、正方形、多邊形或其他不規(guī)則形狀等，如 圖1所示本實施例中的花紋是由多個菱形結(jié)構(gòu)重復排列形成，所述菱形結(jié)構(gòu)實際上為四棱 錐形的凹坑，由具有四棱錐凸起的工具加工而成，但本實施例中的花紋形狀并不用于限定 本實用新型實施例的保護范圍。并且，在工藝制作方面，形成上述花紋的方法有很多，如噴砂、軋制、拉絲、滾花工 藝等，本實施例中選用滾花工藝制作上述花紋，選擇合適的刀具，制作出的花紋效果符合生 產(chǎn)實際的要求，但本實施例中選用的花紋的制作工藝并不用于限定本實用新型實施例的保 護范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在實際生產(chǎn)中，本實施例中的鈦濺射環(huán)設(shè)置于濺射靶 材和襯底材料之間，相當于準直濺射中的準直器的作用。其中，所述襯底可以包括半導體元 素，例如單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe)，也可以包括化合物半導體結(jié)構(gòu)，例如碳 化硅、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵、合金半導體或其組合；也可以是絕 緣體上外延硅(silicon on insulator, SOI)。此外，襯底還可以包括其它的材料，例如外 延層或掩埋層的多層結(jié)構(gòu)。并且，上述襯底還包括在其上制造的多個集成電路，這些集成電 路可以處在工序中的任何一個階段，因此，上述襯底包括各種各樣的類型。雖然在此描述了 可以形成襯底材料的幾個示例，但是可以作為襯底的任何材料均落入本實用新型的精神和 范圍之內(nèi)。優(yōu)選的，本實施例中的鈦濺射環(huán)應用于8英寸襯底上進行濺射過程中。與現(xiàn)有技 術(shù)相比，由于在鈦濺射環(huán)表面增加了花紋，使得鈦濺射環(huán)吸附顆粒的能力增強，從而改善了 形成的膜層的均勻性。另外，本實施例進一步加深了花紋深度，進而增加了鈦濺射環(huán)的使用 次數(shù)，延長了使用壽命。不僅如此，由于花紋的大小和深度都有所增加，也便于鈦濺射環(huán)吸 附的靶材粒子過多后需進行的必要的清理過程，使得清理更方便且清理的也更干凈，避免 出現(xiàn)清理不干凈的死角，清理后的再次使用時，也不會影響生產(chǎn)過程。本實用新型還提供了一種應用前述鈦濺射環(huán)的濺射反應器。圖4為本實用新型提 供的濺射反應器的示意性剖視圖。請參照圖4所示，真空室12包括大體上圓筒形的側(cè)壁 14，側(cè)壁是電接地的。通常，未示出的接地可替換屏蔽(有時還有附加的浮動屏蔽)位于側(cè) 壁14內(nèi)側(cè)以保護側(cè)壁不被濺射涂覆，但它們用作室側(cè)壁而不是保持真空。濺射靶材16至 少具有由待濺射金屬組成的表面層，并通過電隔離體18被密封到真空室12?；姌O22 把要受到濺射涂覆的晶片M支撐為與靶材16平行相對。屏蔽內(nèi)側(cè)在靶材16與晶片M之 間限定了處理空間。濺射工作氣體(優(yōu)選為氬)定量從氣體供應器沈經(jīng)過質(zhì)流控制器觀進入室中。 未示出的真空泵系統(tǒng)將真空室12的內(nèi)部保持在通常為IO-8Torr或更低的極低基本壓力。在等離子體點火期間，以產(chǎn)生約5milliT0rr室壓力的量供應氬壓力，但是隨后將該壓力減 小。DC電源34將靶材16負偏壓到約-600VDC，使氬工作氣體被激發(fā)成含有電子和正氬離 子的等離子體。正氬離子被吸引到負偏壓的靶材16，并從靶材16濺射金屬原子。該實施例特別有利于自電離等離子體(SIP)濺射，在SIP濺射中，較小的嵌套 (nested)磁控管36被支撐在靶材16后面未示出的背面板上。真空室12和靶材16關(guān)于中 心軸線38大體上圓形對稱。SIP磁控管36包括第一垂直磁極性的內(nèi)部磁極40以及相反的 第二垂直磁極性的周圍外都磁極42。兩個極被磁軛44支撐并通過磁軛44磁耦合。磁軛 44固定到轉(zhuǎn)動臂46，轉(zhuǎn)動臂46被支撐在沿中心軸線38延伸的轉(zhuǎn)動軸48上。與軸48相連 的電動機50使磁控管36圍繞中心軸線38轉(zhuǎn)動。在非對稱的磁控管中，在外磁極42面積上累計的總磁通量大于內(nèi)磁極40產(chǎn)生的 總磁通量，優(yōu)選地具有至少150%的磁場強度比。相反的磁極40、42在真空室12內(nèi)產(chǎn)生了 磁場BM，該磁場大體上是半螺旋形(semi-toroidal)并有平行且靠近靶材16表面的較強分 量，在該處產(chǎn)生高強度等離子體，從而提高濺射速率并提高所濺射金屬原子的電離比例。由 于外磁極42在磁性上強于內(nèi)磁極40，所以來自外磁極42的一部分磁場在循環(huán)回到外磁極 42后面以構(gòu)成完整磁路之前向基座22遠遠投射。RF電源54 (例如具有13. 56MHz的頻率)連接到基座電極22以在晶片M上產(chǎn)生 負的自偏壓。該偏壓吸引帶正電的金屬原子穿過鄰近等離子體鞘層(sheath)，從而涂敷到 晶片的表面或內(nèi)部。在SIP濺射中，磁控管較小并具有高磁場強度，大量DC功率施加到靶材以使靶材 16附近的等離子體密度升高到約IOiciCnT3tj在存在這樣的等離子體密度時，大量所濺射原子 被電離成帶正電的金屬離子。金屬離子密度足夠高，使大量金屬離子被吸引回靶材以進一 步濺射金屬離子。因此，金屬離子可以至少部分地代替氬離子作為濺射處理中的有效工作 微粒。即，可以減小氬的壓力。壓力減小具有使金屬離子的濺射和消電離作用減小的優(yōu)點。如圖1至圖3中所示的鈦濺射環(huán)100位于晶片M上方，并大致會將晶片M包圍在 其中央。鈦濺射環(huán)100的表面形成有尺寸大于80TPI、小于20TPI的滾花花紋，用以改善對 較大的濺射粒子的吸收，從而減少濺射形成的膜層中較大顆粒的數(shù)量，改善膜層的均勻性。 并且，鈦濺射環(huán)100表面的滾花花紋的深度大于100 μ m、小于800 μ m,以增加鈦濺射環(huán)的使 用次數(shù)，延長其使用壽命。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上 的限制。雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本實用新型。任何 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的 方法和技術(shù)內(nèi)容對本實用新型技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的 等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對 以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案保護的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種鈦濺射環(huán)，該鈦濺射環(huán)上具有花紋，其特征在于，所述花紋的大小大于80TPI、 小于20TPI。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦濺射環(huán)，其特征在于，所述花紋的大小為大于45TPI，且小 于 25TPI。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦濺射環(huán)，其特征在于，所述花紋的大小為大于40TPI，且小 于 30TPI。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦濺射環(huán)，其特征在于，所述花紋的深度為大于100μ m，且小 于 800μ ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦濺射環(huán)，其特征在于，所述花紋的深度為大于300μ m，且小 于 700 μ Hlo
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦濺射環(huán)，其特征在于，所述花紋的深度為大于400μ m，且小 于 600 μ m0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦濺射環(huán)，其特征在于，所述花紋由多個菱形結(jié)構(gòu)重復排列 形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鈦濺射環(huán)，其特征在于，所述花紋采用滾花的方式制作。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦濺射環(huán)，其特征在于，所述鈦濺射環(huán)應用于8英寸襯底上進 行濺射過程。
10.一種濺射反應器，包括真空室，具有圍繞中心軸線布置的側(cè)壁；濺射靶材，被密封到所述真空室的一端；基座，沿所述中心軸線布置成與所述濺射靶材相對，用于支撐待處理的晶片；及如權(quán)利要求1至9任一項所述的鈦濺射環(huán)，所述鈦濺射環(huán)位于所述真空室內(nèi)，并位于所 述濺射靶材與所述基座之間。
專利摘要本實用新型公開了一種鈦濺射環(huán)，應用于8英寸硅片的生產(chǎn)過程，該鈦濺射環(huán)上具有花紋，所述花紋的大小大于80TPI，小于20TPI。本實用新型實施例提供的鈦濺射環(huán)，通過在鈦濺射環(huán)表面增加花紋，以增強鈦濺射環(huán)的吸附能力，從而保證濺射形成的膜層的均勻性。本實用新型還公開了一種應用該鈦濺射環(huán)的濺射反應器。
文檔編號H01J37/34GK201918355SQ20102069263
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者姚力軍, 潘杰, 王學澤, 陳勇軍 申請人:寧波江豐電子材料有限公司