專利名稱：：改進濺射靶組件的排氣槽的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種具有特定排氣槽結構的濺射靶和容納該濺射耙的裝置。特別地，本發(fā)明的槽結構通過減少電弧放電和隨后的粒子在基材上的沉積來M^、缺陷率。
背景技術：
：在用于應用的耙的制造業(yè)中，例如在半導體工業(yè)，希望生產具有濺射時可以在晶片上形成薄膜一致性的濺射表面的靶。物理氣相沉積是廣泛使用的工藝，由此革巴應用于期望的基材的材料的薄層的沉積。上述工藝需要具有由在基材上沉積形成薄膜或者層的預定材料形成表面的靶的氣體離子轟擊。靶的離子轟擊不僅產生用于濺射的靶材料的原子或者分子，而且給予靶相當多的熱能。熱能在與靶形成熱交換關系的位置處設置的支承板的下方或者周圍散失。靶組成陰極組件的一部分，陰極組件和陽極一起置于充滿優(yōu)選為氬的情性氣體的真空腔室內。高壓電場施加在陰極和陽極之間。惰性氣體通過與從陰極^C出的電子的碰撞而電離。帶陽電荷的氣體離子被吸弓I到陰極，并且同靶面沖擊，這些離子驅逐耙材料。被驅逐的耙材料穿過排泄外罩(evacuatedenclosure)并且在預定S^才上沉積成薄膜，預定基材通常設置的接近陽極。理論上沉積的薄膜非常均勻并且沒有缺陷。但是，大量的不希望有的耙材料的液滴或者長條粒子(splat)形成在傳統(tǒng)濺射室內的基材上。這些缺陷被認為是由通常所說的電弧放電現(xiàn)象引起的(如果發(fā)生電弧放電，革巴會產生不希望有的后果，例如銹斑、片狀剝落、裂痕以及耙材料的局部發(fā)熱)。傳統(tǒng)M沉積室典型地使用具有帶有密封件的槽的密封面，例如布置在耙組件和室壁之間形成真空密封的O形圈。特別地，密封件通常布置在、M"靶組件(即，所謂的跑道(race)或者賽道(racetrack))和真空室側壁之間，其中靶組件作為腔室的頂端或者蓋部分。氣體可能被截留在這種密封面的槽的配合面之間的O型圈形成的空間之內。因此，在濺射過程中，截留氣體從密封面的槽中流到真空室內，導致耙電弧放電。已經盡了各種努力來減少、除去或者控制由截留氣體產生的電弧放電現(xiàn)象。Mostovoy等人在美國專利第6,416,634號中公開了多個配置成限制氣體穿過特定柳蹄勝開口從O形圈跑道流動的排氣槽。其它試圖減少電弧放電的排氣槽的新設計已經提出。如圖1A-1C所示，已經通過增加從側壁至贈的距離、增加槽的寬度以及它們的組合對排氣槽的幾何形狀進行了改進。4隨憾，這些改進中沒有一個被認為能足夠地最小化電弧放電以及由此而來的沉積在基材上的薄膜缺陷。本發(fā)明的另一個目的是提供設計成沒有銳角轉角的半圓形橫截面的排氣槽，由此來最小化紊流，并且不會限制氣流。ffl3M"說明書、附圖和附加的權禾腰求的分析，本發(fā)明的其它目的和方面，對于一個本領域普通技術人員來說是顯而易見的。
發(fā)明內容濺射耙組件包括具有特定結構的排氣槽，由此來減少在薄膜物理氣相沉積期間的靶電弧放電。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可以通過下面與相應附圖有關的伏選實施方式的詳細說明得到很好的理解，附圖中相同的數字始終表示同一特征，其中圖1A-C是其中已經改變了開槽的排氣口尺寸的、M耙組件的圖示；圖2是傳統(tǒng)的磁控鵬寸系統(tǒng)的示意圖；圖3是所示的是具有容納將密封件和排氣槽布置于其中的賽道的靶支承板的透視圖；圖4A描述的是根據本發(fā)明的排氣槽的示意圖；圖4B所示的是具有八個位于同賽道接觸處的半圓形圓錐槽的、鵬寸靶組件的透視圖；圖4C是根據本發(fā)明制造的濺射耙的實際模型；以及圖5所示的是具有與傳統(tǒng)的槽相比較的半圓形圓錐槽的靶組件的性能結果。具體實施例方式通過物理氣相沉積工藝在基材之上的薄膜制造中，必須了解并且將發(fā)生在加工期間的由電弧放電弓胞的缺陷減到最少。如圖2所示的是使用介紹的濺射耙組件105的傳統(tǒng)濺射系統(tǒng)100。濺射靶組件包括靶110和延伸M:耙110周界的耙支承板115，并且包括為了形成密封加工腔室125而與側壁120連接的外圍凸緣。參考圖3，外圍凸緣，或者某些瞎況下I劃棉E組件110本身，包括所謂的"跑度'、"賽道"或者槽300，其適合于容納密封件，例如O形圈。可以理解，密封件不必具有O形環(huán)結構，可以是由具有密封功能的任何合適材料制成。賽道包括多個等間距隔開在加工腔室125內側的排氣槽310。當加工區(qū)域被抽真空時，排氣槽允許氣體從O形圈和內壁跑道之間抽出，否則氣體會被截留在那里，論述如下。該截留氣體可能有許多來源，包括O形圈釋氣、從圍繞ill寸系統(tǒng)100的周圍環(huán)境穿過O形圈向濺射系統(tǒng)100的真空環(huán)境的空氣滲透、在濺射系統(tǒng)100向大氣壓力的排氣期間由O形圈形成的空氣截留等等。沒有開槽的排氣口的幫助，截留氣體會防礙賽道內的O形圈的密封；而槽300內的O形圈的適當密封是必不可少的，其有助于真空操作期間耙支撐板115和側壁120之間的充分密封。再參考圖2，濺射系統(tǒng)100包括布置在革E支承板115上方的磁鐵130，和用于連接耙支承板115與直流電壓電源140的開關135?；闹渭?45設置在密封加工腔室125內、鵬寸耙組件105的下面。基材支撐件適合于在加工期間在、鵬系統(tǒng)100內支撐半導體St才150。在運行期間，第一提升控制機構155升高基材150，密封加工腔室150ffl51真空泵(未示出)被抽到大約2至5汞柱的壓力(g卩，真空)。開關135閉合，大的負電壓(例如，大約500伏特)相對S^才支撐件145而加于靶組件105上。相應的電場在耙組件105和基材支撐件145之間形成。惰性氣體，例如氬(Ar)，之后被引入腔室。帶陽電荷的氬離子(Ar+)，例如氬離子160，由此在耙組件105和半導體基材150之間形成。帶陽電荷的氬離子加速朝向并且碰撞帶陰電荷的靶110的表面。這些碰撞的結果是，電子從耙110放出。由于產生在革巴組件105和St才支撐件145之間的電場，每個電子朝著基材支撐件145的方向加速，并且由于磁鐵130產生的磁場而以螺旋形軌跡移動。螺旋移動的電子最后撞擊基材上方的氬原子，由此產生附加的帶陽電荷氬離子，其加速朝向并且撞擊靶iio。由此附加的電子從耙110上產生，這樣產生了附加的帶陽電荷的氬離子，這樣產生了附加的電子，等等。這種反饋進程一m續(xù)，直到在基材支撐件145的上方形成穩(wěn)態(tài)等離子體。當等離子體到達穩(wěn)定狀態(tài)時，基本上不含帶電粒子的區(qū)域在靶110的表面和等離子體頂部邊界之間形成，并且從耙110放出的單電子被認為形成隧道(tunnel)(例如，以波纟犬開絲而不是以粒子形態(tài))，由此來保持該大的電壓差。如下面進一步的描述，等離子體偶爾被打破，大通量的帶電粒子(類似于電流流動)穿過等離子體(即，產生電弧放電)。除電子之外，由于氬離子和耙110之間的動量傳遞，$巴原子從耙110噴射或者"領劃寸"出來。、M"出來的靶原子移動并且濃縮在半導體基材200上，在其上形成靶材料薄膜。理論上，該薄膜非常均勻并且無缺陷。但是，大量的耙材料的液滴或者長條粒子(即，長條粒子缺陷或者長條粒子)會出現(xiàn)在使用傳統(tǒng)的其中具有開槽排氣口的靶支承板的濺射系統(tǒng)內、由濺射沉積形成的薄膜中。盡管沒有想要局限于任何特別理論，但是相信這些長條粒子缺陷是由靶110局部加熱引起的電弧放電產生的，其熔化并且釋放出一部分耙材料。放出的靶材料移動到基材150上、濺射在其上、冷卻并且重組，由于表面張力，在沉積薄膜里形成長條粒子缺陷。相對于典型的金屬譜線寬度(例如，小于1貨)，長條粒子非常大(例如，500)，并且會縮短^M線而影響裝置生產。相信，產生在電流互連敷金屬方案里的薄膜內缺陷的50%以上，是感應、長條粒子型缺陷。已經發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)排氣槽通過弓l發(fā)靶電弧放電而促進長條粒子的形成。尤其是，己經發(fā)現(xiàn)大量具有特殊結構槽的使用導致了從O形圈到加工區(qū)域的截留氣體的集中流(concentratedflow)。集中截留氣體流在朝著形成的等離子體的方向上產生高的截留氣體局部壓力。由于加工期間存在橫越耙和基材之間距離的高壓，當截留氣體從開槽排氣口排出并且進入加工區(qū)域時，每個排氣槽內的高的截留氣體局部壓力增加了在耙面和等離子體頂部邊界之間發(fā)生電弧放電的可能性。例如，截留氣體可以帶有足夠的壓力離開開槽排氣口進入具有密度的等離子體，導致截留氣體原子的電擊穿。因此增加了長條粒子形成的可能性。圖4A是根據本發(fā)明的排氣槽結構示意圖。與傳統(tǒng)濺射耙組件包括具有突出周界的支承板有關的討論一樣。但是，如上所述，本發(fā)明同樣地適用于無突出靶組件。參考圖4A和4B，靶組件包括賽道400，其中容納有密封件，例如O形圈。不同于圖2中的傳統(tǒng)耙支承板115，本發(fā)明的靶支承板的槽具有內壁410，其具有多個布置在其中的、有特殊結構的排氣槽420。盡管可以使用任何數量的等距排氣槽，但是{腿的排氣槽420是偶數，使得在真空施加期間(即，也稱為"抽真空")氣體由此平衡地排向加工腔室。最優(yōu)選地，使用八個限制性的排氣槽。排氣槽的4腿結構和尺寸在下面參考圖4C討論。本發(fā)明可以包括任意數量的排氣槽，其結構設計成能促進fflil和完全的抽真空操作，因此減少電弧放電。更準確地說，排氣槽的幾何形狀改變可以保證O形圈的真空側允許在抽真空期間截留空氣或者氣體的通暢的流動。因此，本發(fā)明的排氣槽，充分地降低通過每個槽排氣口排出的截留空氣的濃度，降低排出至咖工區(qū)截留氣體的局部壓力，因此減少電弧放電的可能性。參考圖4C，排氣槽以幾何形狀布置在O形圈跑道周圍，其保持在高真空條件下0型圈密封的完整性，但是允許在O形圈真空側的氣體排入腔室。排氣槽，優(yōu)選有半球形或者半圓形結構，其在垂直與水平平面兩者中都具有變截面。沒有銳角轉角{腿了無限制氣流，并且將紊流減到最少。如圖4C所示，排氣槽布置在耙組件的周界上。排氣槽位于帶有面對加工區(qū)域的開口的賽道上。排氣槽的尺寸，可以適合于不同尺寸靶組件并使用它們的各個腔室。在的實施方式中，8個半圓形圓錐槽以近似相等距離間隔在賽道的周界周圍。排氣槽的尺寸可以適合于各種尺寸的槽軌道，并且在，的實施方式中，其加工成0.200英寸直徑、大約0.080英寸深度的尺寸。當然，排氣槽的深度不能接觸賽道的底部水平面。排氣槽布置在O形環(huán)槽內徑和革巴側壁之間45°處。實施例如圖5所示，正如通過懶軍后的基材所示，證明根據本發(fā)明配置的排氣槽減少了電弧放電。加工了大量25晶片(twentyfivewafer),在其上沉積有鋁合金材料層。一批加工成運用本發(fā)明的具有半球形或者半圓形結構排氣槽的耙，三批制備成具有標準矩形結構排氣槽的耙。全部晶片在13千瓦功率，腔室壓力2.1毫米汞柱下，加工成950千瓦時的使用期限(g卩，直至耙已經被使用至其最高電壓)。如下面的表格所示，鋁合金沉積至4,000埃的厚度，測量缺陷。表格<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>這樣，如上方表格所示，本發(fā)明的具有半球形槽的耙在消除由電弧放電產生的缺陷方面獲得11%改進。同樣地，這些結果在圖5中用圖表的形式表示出來。本發(fā)明參考其特定的實施例進行了詳細描寫，在沒有悖離附上的權利要求的范圍內進行各種的改變和改進以及等效使用，對本領域技術人員來說是顯而易見的。權利要求1、一種物理氣相沉積系統(tǒng)的密封結構，包括適合于容納密封件的軌道，軌道具有多個以半球形或者半圓形配置的排氣槽，在物理氣相沉積系統(tǒng)抽真空期間，以允許充分地除去全部軌道內的截留氣體，以便在其中實現(xiàn)真空，并且在隨后的等離子體加工期間減少或者消除靶的電弧放電。2、如權利要求1所述的密封結構，其特征在于，排氣槽在垂直與水平平面兩者上都具有可變的結構。3、如權利要求1所述的密封結構，其特征在于，進一步包括以在軌道周iih互相近似相等的距離布置的至少四個排氣槽。、4、如權利要求1所述的密封結構，其特征在于，密封件是O形圈。5、如權利要求1所述的密封結構，其特征在于，密封件在所述物理氣相沉積系統(tǒng)中提供靶支承板和加工腔室側壁間的充分密封。6、如權利要求1所述的密封結構，其特征在于，排氣槽加工成0.200英寸直徑、大約0.080英寸深度的尺寸。7、如權利要求1所述的密封結構，其特征在于，排氣槽布置在軌道內徑和耙側壁間45。度處。8、一種物理氣相沉積系統(tǒng)的鵬將E組件，iiit靶組件包括帶有密封面的靶支承板，密封面包括適合于容納密封件的軌道，軌道包括多個以半球形或者半圓形配置的開口，在物理氣相沉積系統(tǒng)抽真空期間，其允許充分地除去全部槽中截留氣體，以便在其中實現(xiàn)真空，并且在隨后的等離子體加工期間M^或者消除革巴的電弧放電；禾口連接到支承板的M"耙。9、如權利要求8所述的濺射革E組件，其特征在于，開口在垂直與水平平面兩者上都具有可變的結構。10、如權利要求8所述的鵬寸耙組件，其特征在于，進一步包括以在軌道周處互相近似相等的距離布置的至少四個開口。11、如權禾腰求8所述的、M耙組件，其特征在于，密封件是O形圈。12、如權禾腰求8所述的鵬靴組件，其特征在于，密封件在所述物理氣相沉積系統(tǒng)中提供耙支承板和加工腔室側壁間的充分密封。13、如權禾腰求8所述的M靶組件，其特征在于，開口加工成0.200英寸直徑、大約0.080英寸深度的尺寸。14、如權利要求8所述的、ai寸靶組件，其特征在于，開口布置在軌道內徑禾瞎巴側壁間45。度處。全文摘要包括具有特定結構的排氣槽(420)的濺射靶組件(105)，可以減少靶(110)在薄膜物理氣相沉積期間的電弧放電。文檔編號C23C14/34GK101415858SQ200780011644公開日2009年4月22日申請日期2007年4月3日優(yōu)先權日2006年4月4日發(fā)明者J·-P·布蘭歇,J·胡,R·施申請人:普萊克斯技術有限公司