[发明专利]改进的PVD靶

说明书

技术领域

本发明的实施方式主要涉及一种用于物理气相沉积(PVD)的方法和设备，更尤其涉及一种改进的PVD靶及其操作方法。

背景技术

平板显示器、太阳能面板和半导体器件的制造依赖于在衬底上沉积金属和非金属薄膜的方法。PVD为一种所述方法。

PVD一般在高真空腔室中执行并通常包括磁控溅射工艺。通过将靶放置于衬底上方，在靶和衬底之间导入诸如氩的气体，并利用高电压DC信号激发气体以产生轰击靶的离子，执行溅射。靶包括待在衬底上沉积为薄膜的材料。由于离子轰击靶，靶原子离开原位并沉积在衬底上。离开原位的靶原子通常具有相当大的动能并且当它们撞击衬底时，该原子趋向强粘附到衬底上。磁控溅射进一步包括旋转或直线移动磁控管或磁控管组件的设置，其适应于增加PVD腔室中的等离子体密度，并因此增加衬底上靶材的沉积速度。

在一些应用中，例如，大面积衬底的处理，PVD靶安装在背板上，例如以改进靶的结构刚度。由于与衬底尺寸相关的因素，适用于处理大面积衬底的PVD靶组件在设计上明显不同于适用于处理200mm和300mm硅晶圆的靶组件。例如，靶弯曲、沉积均匀性和热问题为处理大面积衬底相关的考虑事项。如本文所用的术语“大面积衬底”指的是具有，或约1,000,000mm²和更大的“面积”的表面面积或“占用的空间”和/或具有至少为1米长的一侧的衬底。如本文所用的术语“占用的空间(footprint)”，指的是衬底或靶的标称表面面积而不是湿表面积(wetted surface area)，即，所有侧面和表面相加的总表面面积。例如，1,000×1,000mm靶具有1,000,000mm²的标称尺寸，但基本上大于包括顶表面和底表面及侧边的湿表面积。

靶通常经由设置在二者之间的诸如粘接橡胶层或焊接层的粘接层安装在背板上。利用粘接层将PVD靶安装在背板上的相关问题包括腔室的内部的敏感区域暴露于不必要的污染中，与粘结层相关的电弧诱导特征的存在和粘接层的不良电导率影响电能到靶的流动。

图1示出了传统的PVD腔室100的示意性截面图。PVD腔室100包括靶组件110、腔室主体120、衬底支架130、护板140、磁控组件(magnet assembly)150和处理区160。

靶组件110包括通过粘接层113粘接到背板112的靶111。DC电源连接(DC power connection)114与背板112电连接。粘接层113将靶111与背板112粘接并提供二者之间的导电路径，在PVD工艺期间，其允许靶111经过背板112致能。粘接层113可为弹塑性粘接或焊接粘接。

在PVD处理期间，衬底支架130在相邻PVD腔室100的处理区160设置衬底131。护板140，还称之为暗区护板，设置在PVD腔室100内并接近靶侧壁115以防止主体120的内表面和靶侧壁115的不必要沉积。护板140非常靠近靶侧壁115设置以使沉积在其上的再溅射材料最少。另外，护板140一般电接地。由此，在高电压即约300到500V的靶111和护板140之间可能容易产生电弧。当靶侧壁115的表面上存在有任何尖点时，电弧更容易产生，原因在于近似于带电导体，即电场强度的电场的电荷密度比靠近带电导体上的尖点处的高得多。由于产生的大量污染衬底的微粒以及因此已形成在衬底上而破坏导电通路的电势，因此在PVD腔室中总是需要要避免电弧。

图2A为在图1中所示PVD腔室100的区域的部分截面图。在所示的实施例中，粘接层113为橡胶粘接层，其可用于将靶111安装在背板112上。发明者已发现关于使用橡胶材料作为粘接层113的一个问题，即通常在粘接层113内出现孔洞117、118。当PVD腔室100抽至真空时，包含在大气压下的空气和/或其他气体的孔洞117、118可能破裂进入PVD腔室100中，污染处理区160和包括侧壁115、护板表面141及衬底131的暴露的表面。在靶组件110的整个寿命中，在PVD腔室的初始抽真空期间或由于处理衬底相关的靶组件110的热循环，孔洞破裂可能发生。

在衬底的PVD处理期间，处理区160的污染可通过破坏形成在衬底上的器件或通过促使随后PVD沉积层从衬底分层而可能有害地影响衬底。另外，在靶组件的整个寿命中，PVD腔室100中其他表面的污染可导致许多衬底的污染。这种较长期的污染问题由当一层粘接层污染物出现在其上时，PVD沉积的材料的颗粒从护板表面141和靶侧壁115的剥落导致。