[发明专利]标靶成形

说明书

本申请要求2010年2月23日提交的序号为NO.61/307077美国临时专利申请的权益，其内容以引用全文的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种物理气相沉积（PVD）法标靶。尤其是本发明涉及成形为像截锥体、半球体或菲涅而透镜（Fresnes lens）的标靶。

背景技术

溅镀沉积是一种物理气相沉积（PVD）法，其通过从标靶喷射或“溅镀”材料至例如矽晶片的基板上，而将薄膜加以沉积。

溅镀涂膜设备为一般所公知。在典型的设备中，采用能量放电来激发例如氩的惰性气体的原子，以形成电离气体或等离子体。来自等离子体的带电微粒（电子）通过施加磁场而朝向溅镀标靶的表面加速。溅镀标靶一般以矩形厚片、薄片或板的形式提供。等离子体撞击标靶的表面，因而侵蚀该表面并释放标靶材料。其后被释放的标靶材料可沉积在如金属、塑料、玻璃或矽晶片的基板上，以在基板上提供标靶材料的薄膜涂层。

溅镀源可为磁控管，其使用强的电场及磁场，以捕捉靠近磁控管表面或标靶的电子。这些磁场可由配置在标靶后面的永久磁铁阵列产生，因而在标靶表面上方建立磁隧道。电子被迫沿由电场及磁场所形成的螺旋路径而行，且在标靶表面附近，与以其他方式发生相比遭受与气体状中性粒子更多的电离碰撞。这在磁控管的操作期间造成封闭性等离子环路。在标靶表面上的等离子环路的位置形成“环形轨道”式凹槽，其是材料较常侵蚀的区域。为了增加材料利用，在现有技术中已知的使用可移动磁性设置以在标靶较大面积上扫出等离子环路。

为了减少环形轨道式凹槽的形成并达到标靶的更有效利用，不平的标靶在现有技术中是已知的。通常，已知的作法是在主要侵蚀区域增加标靶厚度。例如，授予Class等人的美国专利US4842703以及授予Grünenfelder等人的美国专利US5688381公开了具有凹面的标靶。

几种PVD应用需要在标靶和基板之间使用长的距离。这被称为长的标靶至基板距离（TSD）的溅镀。长的TSD溅镀使从标靶溅射的材料的角度轮廓变窄，从而使溅射材料更容易被引导。需要长的TSD溅镀以产生具有低侧壁覆盖的薄膜层，使得当光阻被移除时能够进行剥落加工或能避免侧壁材料的不需要的栅栏。

长的标靶至基板距离（TSD）的一个缺点是最终在基板上沉积材料的均匀性很差。此结果一般仅可通过增加标靶的直径来补偿。然而，增加标靶的直径可能是麻烦和不实际的。例如，若基板是300mm的晶片，那么将需要非常大和不经济的标靶尺寸。

长的TSD溅镀的另一个缺点是严重减少的溅射率。除此之外，由于气体在增加的距离中扩散，因此，减轻了角度分布狭窄化的作用。事实上，在1-2mTorr的实际压力下，即使在标靶至基板的距离低至150mm，方向性溅镀的作用也几乎消失。

图1至图5示出了目前溅镀标靶的上述问题。尤其是，图1示出了现有技术标靶的溅镀侵蚀曲线。在图1的曲线中，Y变量是标靶中心区域的侵蚀百分比，且X变量是标靶上一点以cm表示的标靶半径。计算是根据400mm标靶直径及300mm基板直径在变化的标靶基板距离下进行，标靶中心有10%的侵蚀百分比。在标靶半径为10-15cm之间时，侵蚀百分比开始增加直到最后达到100%为止。此增加的侵蚀代表环形轨道式凹槽。图1示出了虽然环形轨道式凹槽周围的材料完全被侵蚀，但是在标靶中心附近残留很多有用的材料。

对于图1中的侵蚀曲线，图2绘出在标靶至基板距离（TSD）为从120mm至800mm时，沉积在基板上的层的均匀性。Y变量为在基板上的层的均匀性百分比，而X变量是以mm表示的基板半径。图2的曲线示出，最平坦并因此最理想的沉积曲线是在TSD为150mm下达成。对于较低距离如120m时，曲线具有凹面状。对于较高距离如175mm、200mm、300mm、400mm或500mm时，曲线成为凸面状。但是对很长的距离如800mm，凸面度减小，原因是标靶可能被越来越看作点源。

在图3中，图2的特性被绘成TSD的函数。Y变量是在基板上沉积的层的表面起伏百分比，且X变量是以mm表示的TSD。与图2类似，图3指出最佳的均匀性大约在TSD为150mm处。

图4示出了基于与图1-3相同条件下的溅镀效率。在图4中，Y变量是沉积效率百分比，而X变量是以mm表示的TSD。当TSD增加时，沉积效率减少。