[发明专利]具有特殊的表面处理和良好颗粒性能的硅溅射靶及其制造方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2011年11月8日提交的美国临时专利申请序列号61/556926的优先权。

技术领域

本发明涉及一种结合到由Mo、Ti、Zr、Ta、Hf、Nb、W、Cu和这些元素的合金组成的背衬板、或Mo/Cu、Ti/Al复合材料背衬板的硅溅射靶以及制造这种靶的方法。本发明的一方面涉及一种采用(具有，with)特殊表面处理的硅-背衬板溅射靶组件。

背景技术

硅(Si)是按质量计在宇宙中是最常见的元素之一，并且它主要以砂(沙)、尘土、二氧化硅(硅石)、或硅酸盐等的化合物形式存在。纯的晶体硅是灰色的且性质是脆的。硅的原子序数是14，原子量是28.09，且密度为2.33克/厘米³。硅在室温下具有金刚石立方晶体结构，熔点为1310℃，沸点为2357℃。此外，硅在25.0℃的温度下具有2.49μm/m-℃的线性热膨胀系数(CTE)。

硅是一种半导体且在现代世界经济中扮演关键的角色。实际上，整个现代半导体微电子行业是建立在硅的基础上的。硅被广泛用于集成电路、芯片、逻辑电子设备和存储电子设备。硅及其化合物不仅用于形成在其上建造半导体芯片的基板，也用于芯片和集成电路(IC)内晶体管和堆叠结构的功能单元或层，例如硅电极、二氧化硅介电层和氮化硅掩模层。

近年来，高k金属栅极(HKMG)晶体管技术已经被开发并应用于45纳米及以下工艺以制造用于多种高性能和低功耗应用的IC器件，例如图形、网络和无线移动应用。高k金属栅极(HKMG)的关键任务之一是要找出合适的新的金属材料和可靠的成膜方法来控制具有高的导通电流和低的泄漏电流的通道，并保持复杂结构的完整性。Hf、TiAl、TiN、TiAlN、TiSiN、TaAlN、TaSiN和稀土金属被报道用作金属栅极材料。近来，由于硅的独特的化学和物理性质、以及其与建立在硅之上的半导体技术的天然联系，利用硅作为金属栅结构材料已经倍受关注。

在IC和芯片内部的在基板之外的硅和氮化硅层在传统上是通过化学气相沉积(CVD)方法形成的。随着微电子工业利用45纳米及以下技术驱使器件和电路的小型化朝着纳米尺寸发展，对于膜/结构形成方法的精度和最小影响的器件完整性已经提出了不断增加的严格要求。溅射是一种机制，通过该机制，作为通过物理气相沉积(PVD)技术与高能离子碰撞的结果，使原子从材料(靶)的表面移出，其中通过高能离子轰击，使原子或分子从靶材喷射出来，以致喷射出的原子或原子簇能够在基板上聚结为薄膜。相比于CVD工艺，溅射具有对大量原子的输运和沉积的更精确的控制，并且对所沉积的膜结构的热冲击更少。通过PVD工艺的Si溅射靶正变得更广泛地用于硅层(例如金属栅电极)和它的化合物结构层(例如微电子集成电路和通信设备内部的氮化硅和硅碳化物)，其用于各种各样的高性能且低功率的应用(如图形、网络和无线移动应用)。

发明内容

在一种实施方式中，硅靶包括具有无缺陷的表面的硅靶坯件(坯料，blank)，以及钼背衬板、钼铜复合材料背衬板或钛铝复合材料背衬板。所述靶坯件通过焊料结合(solder bonded)、钎焊结合(braze bonded)、箔结合(foil bonded)、或其它低温结合方法结合到背衬板。开发了表面工艺(表面处理，surface process)以实现硅溅射靶的几乎无缺陷/损伤的表面，以减少预烧(burn-in)时间和由溅射靶沉积的膜上的颗粒。所述表面工艺包括机加工、研磨、检验、磨光(lap)、清洁、表面损伤去除(即划痕去除)、清洁、抛光、清洁、检验、最终清洁、以及最终检验步骤。本发明还提供了制造硅溅射靶的方法。

附图说明

下面的详细描述参考了附图，其中：

图1是对比的Si靶表面工艺A的工艺流程图。

图2是根据本发明的一种实施方式的Si靶表面工艺，即工艺B的工艺流程图。

图3是由对比工艺A制备的Si靶表面的一组光学显微照片。在这些表面上观察到包括划痕、微裂纹、凹痕(indentation)、孔以及缺口的缺陷。

图4是由对比工艺A制备的Si靶表面的一组SEM图像。在这些表面上观察到包括划痕、斑点(stain)、孔、缺口和微裂缝的缺陷。

图5是由根据本发明的一种实施方式的工艺B制备的Si靶表面的一组光学显微照片。除了几个点缺陷之外，这些表面是清洁的且几乎无缺陷。