具有背部冷卻槽的濺射靶材的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本揭示案的實(shí)施方式涉及用于濺射腔室的濺射靶材，該濺射腔室用于處理基板。
【背景技術(shù)】
[0002] 濺射腔室用于在集成電路及顯示器的制造中將沉積材料濺射至基板上。通常，濺 射腔室包含：外殼，該外殼圍繞面向基板支撐件的濺射靶材；處理區(qū)，處理氣體被引入該處 理區(qū)；氣體激發(fā)器，該氣體激發(fā)器用于激發(fā)該處理氣體；以及排氣端口，該排氣端口用以排 氣及控制腔室中處理氣體的壓力。由在激發(fā)的氣體中形成的高能離子轟擊濺射靶材，導(dǎo)致 從該濺射靶材擊落材料，該材料沉積于基板上成為膜。被濺射的材料可為金屬，比如例如 鋁、銅、鎢、鈦、鈷、鎳或鉭；或?yàn)榻饘倩衔?，比如例如氮化鉭、氮化鎢或氮化鈦。
[0003] 在某些濺射工藝中，磁場(chǎng)發(fā)生器提供圍繞濺射靶材的濺射表面的成形磁場(chǎng)，以改 良濺射靶材的濺射性質(zhì)及濺射表面。例如，在磁控濺射中，一組能旋轉(zhuǎn)的磁體在濺射靶材后 旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生圍繞該濺射靶材的前表面的磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)通過(guò)控制橫跨濺射靶材的濺射速 率提供改良的濺射。
[0004] 冷卻系統(tǒng)使傳熱流體穿過(guò)圍繞能旋轉(zhuǎn)磁體的外殼，以冷卻這些磁體及下面的濺射 靶材。然而，習(xí)知的冷卻系統(tǒng)經(jīng)常未能從濺射靶材充分地移除大量熱，及/或未能提供濺射 靶材的空間上的均勻散熱。結(jié)果，經(jīng)常以比相鄰區(qū)域更高的濺射速率濺射濺射靶材的較熱 區(qū)域，導(dǎo)致該濺射靶材的表面上的不均勻的濺射。不均勻的靶材濺射與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)結(jié)合會(huì)導(dǎo) 致濺射靶材出現(xiàn)具有侵蝕槽的濺射表面，且亦會(huì)形成從這些侵蝕槽向下延伸的微裂縫。在 侵蝕槽處出現(xiàn)的局部微裂縫可能導(dǎo)致在濺射工藝期間射出濺射顆粒，這些射出的濺射顆粒 隨后沉積于基板上而減少產(chǎn)率。由于加熱及冷卻循環(huán)引起的熱應(yīng)力，落在腔室部件上的濺 射顆粒亦會(huì)在稍后時(shí)間內(nèi)剝落。
[0005] 因此需要一種濺射靶材，該種濺射靶材可由靶材冷卻系統(tǒng)更有效且更均勻地冷 卻。亦需要呈現(xiàn)減少的由于熱應(yīng)力引起的局部裂紋的濺射靶材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本揭示案的實(shí)施方式涉及用于濺射腔室的濺射靶材，該濺射腔室用于處理基板。 在一個(gè)實(shí)施方式中，提供用于濺射腔室的濺射靶材。濺射靶材包含具有背部表面的濺射 板及安裝至濺射板的環(huán)形背板，該背部表面具有徑向內(nèi)部、中間及外部區(qū)域。該背部表面 具有多個(gè)圓形槽及至少一個(gè)弓狀通道，這些圓形槽彼此間隔開(kāi)，該弓狀通道切割穿過(guò)（cut through)這些圓形槽且從該濺射板的徑向內(nèi)部區(qū)域延伸至徑向外部區(qū)域。環(huán)形背板界定暴 露該派射板的背部表面的開(kāi)口環(huán)。
[0007] 在另一實(shí)施方式中，提供濺射腔室。該濺射腔室包含：濺射靶材，該濺射靶材安裝 于濺射腔室中；基板支撐件，該基板支撐件面向該濺射靶材；氣體分配器，該氣體分配器將 氣體引入該濺射腔室；氣體激發(fā)器，該氣體激發(fā)器激發(fā)氣體以形成濺射該濺射靶材的等離 子體；及排氣端口，該排氣端口將氣體從該濺射腔室排出。濺射靶材包含：濺射板，該濺射 板具有背部表面，該背部表面具有徑向內(nèi)部、中間及外部區(qū)域；及環(huán)形背板，該環(huán)形背板安 裝至該濺射板，其中該環(huán)形背板界定暴露濺射板的背部表面的開(kāi)口環(huán)。該背部表面具有多 個(gè)圓形槽及至少一個(gè)弓狀通道，這些圓形槽彼此間隔開(kāi)，該弓狀通道切割穿過(guò)這些圓形槽 且從該濺射板的徑向內(nèi)部區(qū)域延伸至徑向外部區(qū)域。
[0008] 在又另一實(shí)施方式中，提供磁控濺射靶材組件。磁控濺射組件包含：(a)熱交換器 外殼，該熱交換器外殼能夠容納圍繞多個(gè)能旋轉(zhuǎn)磁體的傳熱流體；(b)濺射靶材，該濺射靶 材鄰接該外殼，以使得該傳熱流體接觸濺射靶材的背部表面；及（c)濺射板，該濺射板安裝 于該背板的前表面上。該濺射靶材包含具有背部表面的背板，該背部表面包括：徑向內(nèi)部、 中間及外部區(qū)域，其中該徑向中間區(qū)域具有位于該背部表面處的多個(gè)同心圓形槽和位于該 背部表面的徑向中間區(qū)域的多個(gè)同心圓形槽；及多個(gè)弓狀通道，該多個(gè)弓狀通道從該背部 表面的徑向內(nèi)部區(qū)域延伸至徑向外部區(qū)域。背板和濺射板的至少之一包含從以下材料中選 擇的材料:A10. 5Cu、All. OSi、A10. 5Cul. OSi、純鋁、銅、鉻、鈦、鎢、鉬、鈷、鉭、Li-P-0-Ν、鍺、 GeS2、硅、SiO2、石英及以上材料的組合。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 為了能詳細(xì)地理解本揭示案的上述特征，可通過(guò)參考實(shí)施方式獲得以上簡(jiǎn)要概述 的本揭示案的更特定的描述，其中一部分實(shí)施方式在附圖中示出。然而，應(yīng)注意，附圖僅圖 示本揭示案的典型實(shí)施方式，因此不應(yīng)被視為對(duì)本揭示案的范圍的限制，因?yàn)楸窘沂景缚?允許其他等同有效的實(shí)施方式。
[0010] 圖1為包含安裝于背板上的濺射板的濺射靶材的實(shí)施方式的側(cè)視截面圖；
[0011] 圖2為濺射靶材背部的透視圖，該圖圖示濺射板的背部表面上的多個(gè)相交圓形槽 和弓狀通道；
[0012] 圖3為派射板的前表面的俯視圖；
[0013] 圖4為包含安裝于背板上的濺射板的濺射靶材的實(shí)施方式的側(cè)視截面圖；
[0014] 圖5為圖4的背板背部的透視圖，該圖圖示背板的背部表面上的多個(gè)相交圓形槽 和弓狀通道；以及
[0015] 圖6為濺射腔室的示意側(cè)視截面圖，該圖圖示包圍旋轉(zhuǎn)磁性組件和濺射靶材的背 部表面的熱交換器。
[0016] 為便于了解，相同元件符號(hào)盡可能用于表示各圖共有的相同元件。應(yīng)想到，在一個(gè) 實(shí)施方式中所揭示的元件可有利地用于其它實(shí)施方式而無(wú)需詳述。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本揭示案的實(shí)施方式涉及用于濺射腔室的濺射靶材，該濺射腔室用于處理基板。 從濺射靶材排出處理腔室熱量很重要，以避免濺射靶材的表面范圍內(nèi)的不均勻?yàn)R射。通常， 通過(guò)使背部（非腔室側(cè)）暴露于磁控管腔中容納的冷卻流體（例如去離子水）來(lái)冷卻濺射 靶材。在濺射靶材后留出~Imm的磁控管的間隔，及在磁控管以~60RPM (取決于磁控管設(shè) 計(jì)）旋轉(zhuǎn)的情況下，可能僅有一薄層水與濺射靶材的背部接觸。此薄層水從濺射靶材的中 心離心地向外旋出（spin out)，導(dǎo)致濺射靶材的中心區(qū)域過(guò)熱，此將劣化濺射膜性能。在一 些實(shí)施方式中，將槽添加至濺射靶材的背部，以允許存在較厚的水膜，并利用磁控管的離心 作用來(lái)使被加熱的水沖至中心外，以由較涼的水替換。
[0018] 本文描述的某些實(shí)施方式亦可應(yīng)用于矩形或其他形狀靶材，這些靶材具有被設(shè)計(jì) 成適合于這些形狀的槽輪廓。本文描述的某些實(shí)施方式具有大大地增加了濺射靶材的有效 部分（active part)的冷卻的優(yōu)勢(shì)。此增加的冷卻然后能夠用于允許處理腔室中更大的功 率密度，以提高生產(chǎn)率、沉積速率及沉積性質(zhì)。另外，本文描述的實(shí)施方式可用于冷卻任何 導(dǎo)熱板，其中，熱量被施加于一側(cè)而冷卻流體被施加于相對(duì)側(cè)。
[0019] 在某些實(shí)施方式中，背板及濺射靶材沉積材料兩者的材料不同。在某些實(shí)施方式 中，濺射材料的背部材料可為任何適合的金屬，比如鋁及鋁合金（例如6061、2024、99. 5% A1/0. 5% Cu)、銅、OFE銅、銅合金（銅/鉻合金、銅/鋅合金、銅/錫合金）或其他導(dǎo)熱金 屬。在某些實(shí)施方式中，背板可為平坦的或碟形的。
[0020] 另外，用于背板及濺射板的至少之一的示例性材料包含從以下材料選擇的材料： 八10.5(：11(重量％)合金）11.031(重量％)合金）10.5(：111.031(重量％)合金、純鋁、銅、 鉻、鈦、鎢、鉬、鈷、鉭、Li-P-0-Ν、鍺、GeS 2、硅、SiO2、石英、以上材料的組合及以上材料的合 金。
[0021] 圖1至圖6圖示濺射靶材100的示例性實(shí)施方式，濺射靶材100能用于濺射處理腔 室（例如處理腔室600)以將濺射材料沉積于基板（例如基板602)上，且具有較少的槽侵 蝕及微裂縫。參看圖1，在一個(gè)實(shí)施方式中，濺射靶材100包括背板110及濺射板120。濺 射板120及背板110可為整體件，該整體件包含由同一高純度材料制成的單一結(jié)構(gòu)，且用作 背板及濺射板兩者，或者濺射板120及背板110可為接合在一起以形成濺射靶材的獨(dú)立結(jié) 構(gòu)。
[0022] 派射板120包含：中央圓柱形凸臺(tái)（mesa) 130,凸臺(tái)130用作派射表面134 ;與派射 表面134相對(duì)的背部表面140 ;與濺射表面134相對(duì)的背表面148 ;外周邊壁142 ;及內(nèi)周邊 壁144。外周邊壁142及內(nèi)周邊壁144可為圓柱形的，且兩者均可輕微地傾斜。外周邊壁 142從濺射表面134延伸至背表面148。內(nèi)周邊壁144從背部表面140延伸至背表面148。 如圖1所示，凹槽146形成在背部表面140與內(nèi)周邊壁144之間。凹槽146暴露濺射板120 的背部表面140。
[0023] 濺射表面134具有頂平面132,在腔室600中使用濺射靶材100期間頂平面132保 持與基板602的平面平行。濺射板120由金屬或金屬化合物制成。例如，濺射板120可由 例如以下金屬的至少之一組成：鋁、銅、鈷、鎳、鉭、鈦、鎢及以上金屬的合金。濺射板120亦 可為金屬化合物，比如例如氮化鉭、氮化鎢或氮化鈦。在一個(gè)實(shí)施方式中，濺射板120包含 高純度水平（例如至少約99. 9%或甚至至少約99