[发明专利]含有金属材料的构件，物理气相沉积靶，薄膜，和形成金属构件的方法

说明书

相关专利数据

[0001]该申请涉及在2005年3月11日提交的美国临时申请60/661,292。

技术领域

[0002]本发明涉及含有金属材料的构件，物理气相沉积(PVD)靶，含有高度均匀性的薄膜，以及形成金属构件的方法。

背景技术

[0003]希望形成具有高纯度，高微观结构均匀性和小而均一的晶粒尺寸的金属构件。这种构件可以理想地作为例如物理气相沉积靶。

[0004]具有高微观结构均匀性，高纯度和小而等轴的晶粒尺寸的PVD靶，可以在PVD过程中改善从靶被溅射沉积到基材上的薄膜的均匀性。例如，相对于通过具有较低均匀性，较低纯度和/或较大晶粒尺寸的靶形成的薄膜，如果在溅射沉积过程中使用具有高均匀性，高纯度和相对小晶粒尺寸的靶，在金属材料溅射沉积到半导体晶片基材上的过程中可以形成改良的薄膜。

[0005]可以被溅射沉积的示例性材料是钼。例如，钼在体声波谐振器(BAWs)，声表面波滤波器(SAWs)和薄膜声体波谐振器(FBARs)中被用作电极。这样的声波谐振器和滤波器可被用于大量所谓的无线应用，包括，在手机和WiFi设备中的应用。

[0006]上述的示例性的声波设备和声波滤波器设备是FBAR滤波技术。该技术是基于压电活性材料的薄膜，例如，氮化铝和氧化锌，以及电极材料，例如，铝和钼。

[0007]在谐振器应用中，频率控制是非常重要的。

FBAR谐振器频率由压电和电极薄膜的厚度决定，理想地精确到0.2％。因此，希望将钼薄膜用于声波谐振器和滤波器，以获得非常紧的均匀性容限。针对声波谐振器而言理想的高膜厚度容限可以，例如，在1σ的0.5％和在3σ的1％之间，这是一个比典型的半导体薄膜应用更加严格的均匀性容限。

[0008]常规的钼溅射靶趋于制造均匀性在理想容限以外的薄膜，以及由于，部分地，在靶微观结构中的大晶粒，更趋于具有不理想的低靶寿命。已经证实的是，如果在靶中的微结构是不一致的，所述磁控溅射靶可以不均匀地腐蚀，这可以导致由该靶形成的膜的不均匀性。

[0009]希望研究出形成金属构件的方法，(例如，溅射靶)具有高微观结构的均匀性，高纯度和/或小的晶粒尺寸。还希望这样的构件适合不同的应用，包括，例如，用于半导体设备的金属薄膜的溅射沉积。示例性的设备包括射频(Rf)微机电系统(MEMS)例如，BAWs、SAWs和FBARs。

[0010]在现有技术的另一方面，物理气相沉积可以用于大量半导体生产应用。例如物理气相沉积的钌和/或钽可以用于各种阻挡材料(例如，在组合物中用作铜扩散的阻挡物)。另外，或作为无核镀铜(seedlessplating of copper)的基材。或者，物理气相沉积的材料可以被混入电容器，晶体管门(transistor gate)，或者任意的大量其他结合进集成电路的设备。

发明概述

[0011]一方面，本发明包括控制用于形成溅射靶的起始颗粒尺寸和条件的方法，选择这样的条件，所述条件适合形成具有非常均匀的结构的靶和能够在整个靶寿命期间溅射沉积均匀的薄膜。形成靶所使用的方法可以包括使用粉末尺寸小于或等于大约325目的粉末，其使用单轴向真空热压将粉末压制和烧结，形成最终的靶构造。粉末可以基本上由、或由选自铪，锆，钼，铼，钌，铂，钽，钨和铱的金属材料构成。

[0012]一方面，本发明包括了含有金属组合物的构件，该金属组合物包含金属钼，金属铪，金属锆，金属铼，金属钌，金属钽，金属钨，金属铂和/或金属铱，金属组合物仅包含单一元素或者包含多种元素(如，包含合金)。金属组合物包含大量晶粒。这些晶粒中的绝大部分基本上是等轴的和均匀的。对于基本上由钼组成的组合物，晶粒具有小于或等于大约30微米的晶粒尺寸，对于基本上由钌组成的组合物，小于或等于大约150微米，对于基本上由钨组成的组合物，小于或等于大约15微米，对于基本上由铱组成的组合物，小于或等于大约50微米。

[0013]一方面，本发明包括含有这样的组合物的构件，该组合物由金属钼组成，金属钼具有小于或者等于25微米的钼平均晶粒尺寸。