靶材组件及物理气相沉积设备的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种靶材组件及物理气相沉积设备。该靶材组件包括金属背板和靶材，靶材的上表面固定在金属背板的下表面上；金属背板的下表面和靶材上表面之间形成有闭合的第一通道，在金属背板上还设置有与第一通道相连通的第二通道，第二通道与检测气源相连通，检测气源用于经由第二通道向第一通道充检测气体；靶材组件还包括检测装置，检测装置用于检测第一通道内的检测气体是否泄漏，若泄漏，则需要更换靶材；若未泄漏，则不需要更换靶材。本发明提供的靶材组件，可以实现实时监测是否需要更换靶材，不仅可以提高监测效率和缩短设备维护周期，而且还可以实现靶材被充分利用和避免基片因其上沉积的薄膜不纯而报废，从而可以提高经济效益。
【专利说明】
靶材组件及物理气相沉积设备
技术领域
[0001]本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种靶材组件及物理气相沉积设备。
【背景技术】
[0002]物理气相沉积或溅射沉积技术是半导体工业中广为使用的一种薄膜制造技术，泛指采用物理方法制备薄膜的薄膜制备工艺。在集成电路制造技术领域，多特指磁控溅射技术，主要用于铝、铜等金属薄膜的沉积，以形成金属接触、金属互连线等。
[0003]下面分别详细描述溅射沉积技术和磁控溅射沉积技术。具体地，图1为典型的溅射沉积的过程示意图，请参阅图1，基片S放置在反应腔室10的底部，金属靶材11设置在反应腔室10内且位于基片S的正上方，并且，在基片S下表面和靶材11的上表面分别设置有阳极(+)和阴极(-)。溅射沉积过程包括以下步骤:1，氩气Ar自反应腔室10的左侧进入反应腔室10，并在阳极和阴极之间形成的电场作用下激发形成等离子体，等离子体中带正电的氩离子Ar+在电场作用下加速朝向靶材11运动；2，氩离子Ar +在加速运动过程中获得动量轰击革G材11 ;3，氩尚子Ar+将革El材11表面上的金属原子撞击出来；4，被撞击出的金属原子迀移至基片S的表面，最终形成金属薄膜，该金属薄膜与革E材11的组分基本相同；5，剩余的物质自反应腔室10的右侧抽出。磁控溅射技术的特点是在靶材11的背面还排布有磁体，磁体排布的整体结构通常称之为磁控管，磁体会在靶材11的位于反应腔室10的表面区域形成磁场，在该磁场和上述电场的作用下，会限制电子的运动范围，能够延长电子的运动，因而能够使得电子最大程度的离化氩原子Ar形成氩离子Ar+，从而大幅度提高氩离子Ar+浓度，进而可以提高溅射效率，也就是说，磁控溅射技术是一种高效率的溅射技术。
[0004]靶材11是溅射设备的重要组成部分，其不仅纯度要求高，一般要达到5N以上，价格昂贵；而且还影响溅射设备的上电时间、维护周期、颗粒性能等多项指标。图2为现有的靶材组件的俯视图；图3为图2中沿A-A线的剖视图；请一并参阅图2和图3，靶材组件包括靶材11和金属背板12，在集成电路制造领域中，靶材11 一般为圆形、平板状结构；金属背板12设置在靶材11的上表面，靶材11的下表面位于反应腔室10的环境中，金属背板12一般与溅射功率电源电连接，以将溅射功率电源输出的功率传递至靶材11。
[0005]在实际工艺中，靶材11下表面上的不同位置处的消耗速率存在差异，并且，需要在靶材11下表面上的任意位置消耗到一定程度进行更换。目前，为监测靶材11是否已经消耗到需要更换的程度，通常通过开启反应腔室10进行手工测量当前靶材11不同位置处的厚度，或者依据之前累积的数据进行判断。
[0006]然而，采用上述开启反应腔室10进行手工测量方法不仅测量会耗费大量的时间，而且还需要在测量之后进行较长时间的设备维护，因而监测效率低，影响产能。另外，采用上述依据之前累积的数据进行判断的方法会造成监测精度低，要不造成靶材11未完全利用，从而造成靶材11的浪费，经济效率低；要不造成不仅靶材11被全部消耗，而且金属背板12还被消耗，造成沉积的薄膜具有金属背板12的成分，从而造成基片因其上沉积的薄膜不纯而报废。
【发明内容】
[0007]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种靶材组件及物理气相沉积设备，可以实现实时监测是否需要更换靶材，不仅可以提高监测效率和缩短设备维护周期，而且还可以实现靶材被充分利用和避免基片因其上沉积的薄膜不纯而报废，从而可以提高经济效益。
[0008]为解决上述问题之一，本发明提供了一种靶材组件，包括金属背板和靶材，所述靶材的上表面固定在所述金属背板的下表面上，所述金属背板的下表面和所述靶材上表面之间形成有闭合的第一通道，在所述金属背板上还设置有与第一通道相连通的第二通道，所述第二通道与检测气源相连通，所述检测气源用于经由第二通道向所述第一通道充检测气体；所述靶材组件还包括检测装置，所述检测装置用于检测所述第一通道内的检测气体是否泄漏，若泄漏，则需要更换所述靶材；若未泄漏，则不需要更换所述靶材。
[0009]其中，在所述金属背板的下表面上设置有第一沟槽，所述第一沟槽与所述靶材的上表面形成所述第一通道。
[0010]其中，在所述靶材的上表面上设置有第二沟槽，所述第二沟槽与所述金属背板的下表面形成所述第一通道。
[0011]其中，在所述金属背板的下表面上设置有第一沟槽，在所述靶材的上表面上且对应第一沟槽设置有第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽形成所述第一通道。
[0012]其中，所述检测装置包括在所述第二通道和所述检测气源之间的气路上设置的流量开关，所述流量开关用于检测检测气体的流量；所述第一通道和第二通道内预先充满所述检测气体，通过判断所述检测到的流量是否变化来判断所述第一通道内的检测气体是否泄露。
[0013]其中，所述检测装置包括在靶材所在腔室中设置的真空检测器，所述真空检测器用于检测所述腔室的真空度；通过判断所述腔室的真空度是否降低来判断所述第一通道内的检测气体是否泄漏。
[0014]其中，所述检测气源包括惰性气体气源，所述检测气体包括惰性气体。
[0015]其中，所述靶材为圆盘式结构，所述第一通道沿所述靶材的径向设置。
[0016]其中，所述靶材下表面被损耗的形貌以所述靶材的中心为中心中心对称，所述第一通道对应所述靶材的半径设置，且其长度不小于所述靶材的半径长度。
[0017]其中，所述检测装置还包括处理器，所述处理器用于判断所述第一通道内的检测气体是否泄漏。
[0018]其中，所述靶材组件还包括显示器，所述显示器用于显示所述流量开关检测的流量值。
[0019]其中，所述靶材组件还包括显示器，所述显示器用于显示所述真空检测器检测的所述腔室的真空度。
[0020]其中，所述靶材组件还包括报警器，所述报警器用于在需要更换所述靶材时发出报警信号。
[0021]其中，在所述金属背板的下表面和所述靶材上表面之间还设置有环形密封圈，所述环形密封圈套设在所述第一通道的外侧，用以避免所述第一通道内的检测气体经由所述金属背板和所述靶材之间间隙发生泄漏。
[0022]作为另外一个技术方案，本发明还提供一种物理气相沉积设备，包括靶材组件，所述靶材组件采用本发明另一技术方案提供的靶材组件。
[0023]本发明具有以下有益效果:
[0024]本发明提供的靶材组件，金属背板的下表面和靶材的上表面之间形成有闭合的第一通道，检测气源经由第二通道向第一通道内输送检测气体，由于充有检测气体的第一通道形成于金属背板和靶材之间，因此，在靶材的任一位置刚被完全消耗时，第一通道内检测气体就会泄露出来，此时需要更换靶材；在靶材的任一位置未被完全消耗时，第一通道内的检测气体不会泄漏出来，此时不需要更换靶材，因此，可以通过检测装置检测第一通道内的检测气体是否泄漏来判断是否需要更换靶材，这与现有的靶材组件相比，可以实现实时监测是否需要更换靶材，因而不仅不需要开腔进行手工测量，从而可以提高监测效率和缩短设备维护周期；而且还可以实现在靶材的任一位置被完全消耗的情况下避免金属背板被消耗，从而可以实现靶材被充分利用和避免基片因其上沉积的薄膜不纯而报废。
[0025]本发明提供的物理气相沉积设备，其采用本发明另一技术方案提供的靶材组件，可以实现实时监测是否需要更换靶材，因而不仅可以提高监测效率和缩短设备维护周期，而且还可以实现靶材被充分利用和避免基片因其上沉积的薄膜不纯而报废，从而可以提高经济效益。
【附图说明】
[0026]图1为典型的溅射沉积的过程示意图；
[0027]图2为现有的靶材组件的俯视图；
[0028]图3为图2中沿A-A线的剖视图；
[0029]图4为本发明实施例提供的第一种靶材组件沿靶材径向的剖视图；
[0030]图5为图4中金属背板的仰视图；
[0031]图6为图4中靶材的位置A和A’刚被完全刻蚀时的结构示意图；
[0032]图7为本发明实施例提供的第二种靶材组件沿靶材径向的剖视图；
[0033]图8为本发明实施例提供的第三种靶材组件沿靶材径向的剖视图；以及
[0034]图9为本发明实施例提供的第四种靶材组件沿靶材径向的剖视图。
[0035]其中，附图标记为:21，金属背板；22，革巴材；23，第一通道；24，第二通道；231，第一沟槽；232，第二沟槽；25，流量开关；h，第二沟槽的深度。
【具体实施方式】
[0036]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的靶材组件及物理气相沉积设备进行详细描述。
[0037]图4为本发明实施例提供的第一种靶材组件沿靶材径向的剖视图；图5为图4中金属背板的仰视图。请一并参阅图4和图5，本实施例提供的靶材组件包括金属背板21和靶材22。其中，金属背板21和靶材22均为圆盘状结构，且金属背板21的直径大于靶材22的直径，靶材22的上表面固定在金属背板21的下表面上，具体地，金属背板21和靶材22采用诸如热压扩散或焊接等方式同心固定。
[0038]金属背板21的下表面和靶材22的上表面之间形成有第一通道23。在本实施例中，具体地，在金属背板21的下表面(即，与靶材22相接触的表面上)上沿靶材22径向设置有第一沟槽231，第一沟槽231在靶材22径向上的长度略小于靶材22的直径长度，第一沟槽231与靶材22上表面形成闭合的第一通道23。
[0039]在金属背板21上还设置有与第一通道23相连通的第二通道24，在第二通道24与检测气源相连通，检测气源用于经由第二通道24向第一通道23内充检测气体。如图4所示，第二通道24的进气口设置在金属背板21的上表面上，当然，该进气口还可以设置在金属背板21的其他表面。另外，检测气源包括惰性气体气源，对应地，检测气体包括惰性气体，例如，氩气。可以理解，采用惰性气体作为检测气体，不会对工艺产生影响和对腔室造成污染；当然，在实际应用中，检测气源还可以采用与本次工艺相对应的工艺气源，对应地，检测气源包括工艺气体。
[0040]并且，靶材组件还包括检测装置，检测装置用于检测第一通道23内的检测气体是否泄漏，若泄漏，则需要更换靶材22 ;若未泄漏，则不需要更换靶材22。
[0041]下面结合图5和图6详细描述本实施例提供的靶材组件实现监测是否需要更换靶材的原理。具体地，检测气源向第一通道23内充有检测气体，图5中靶材22经过一段时间溅射沉积之后如图6所示，此时，靶材22下表面的位置A和A’处刚被完全消耗，第一通道23内检测气体会自该位置A和A’处形成的开口泄露出来，由于靶材22下表面的位置A和A’刚被完全消耗，因此，此时需要更换靶材22。类似地，若靶材22的任一位置未被完全消耗时，此时第一通道23内的检测气体不会泄漏出来，并且，不需要更换靶材22。因此，本实施例提供的靶材组件，可以通过检测装置检测第一通道23内的检测气体是否泄漏来判断是否需要更换靶材22，这与现有的靶材组件相比，可以实现实时监测是否需要更换靶材22，因而不仅不需要开腔进行手工测量，从而可以提高监测效率和缩短设备维护周期；而且还可以实现在靶材22的任一位置处被完全消耗的情况下避免金属背板21被消耗，从而可以实现靶材22被充分利用和避免基片因其上沉积的薄膜不纯而报废。
[0042]具体地，在本实施例中，由于靶材22下表面被损耗的形貌以靶材22的中心为中心中心对称，如图6所示，靶材22下表面的位置A处与位置A’处的被损耗形貌中心对称，位置B处与位置B’处的被损耗形貌中心对称，因此，通过监测靶材22半径上的不同位置处是否被完全损耗掉就能实现监测靶材22任意位置是否被完全损耗掉。为此，在本实施例中，第一通道23对应靶材22的半径设置，且其长度不小于靶材22的半径长度，如图4和7所示；并且，第一通道23数量可以仅为一条。
[0043]优选地，在金属背板的21下表面和靶材22上表面之间还设置有环形密封圈，环形密封圈套设在第一通道23的外侧，用以避免第一通道23内的检测气体经由金属背板21和靶材22之间间隙发生泄漏，从而可以避免影响监测精度。
[0044]下面详细描述检测装置如何实现检测第一通道23内的检测气体是否泄漏。具体地，检测装置包括在第二通道24和检测气源之间的气路上设置的流量开关25，流量开关25用于检测检测气体的流量。在这种情况下，第一通道23和第二通道24内预先充满检测气体，此时，由于检测气体处于稳定的且不流动的状态，因此，流量开关25检测到流量为O。若第一通道23内的检测气体发生泄露，检测气体开始流动，此时，流量开关25检测到流量发生变化。因此，通过判断检测开关25检测到的流量是否变化来判断第一通道23内的检测气体是否泄露，具体地，若流量发生变化，则判断第一通道23内的检测气体发生泄露；若流量未发生变化，则判断第一通道23内的检测气体未发生泄露。可以理解，采用上述流量开关25方式检测第一通道23内的检测气体是否泄漏，其检测精度高，抗干扰性强。
[0045]优选地，检测装置还包括处理器，处理器用于判断第一通道23内的检测气体是否泄漏，即，检测装置实现采用自动检测方式来检测第一通23是否发生泄漏，从而可以提高监测精度和监测效率。具体地，流量开关25将其检测到的流量发送至处理器，处理器判断该流量值是否为0，若是，则第一通道23未泄露；若否，则第一通道23泄漏。
[0046]进一步优选地，靶材组件还包括报警器，报警器用于在需要更换靶材22时发出报警信号；在不需要更换靶材22时不发出报警信号。具体地，处理器在判断第一通道23泄漏时向报警器发送信号，报警器根据该信号发出报警信号；以及在判断第一通道23未泄露时不向报警器发出信号，因此，报警器不会发出报警信号。
[0047]另外优选地，靶材组件还包括显示器，显示器用于显示流量开关25检测的流量值，以便于操作人员进行观察来验证判断是否正确。可以理解，在这种情况下，可以省略处理器，人为根据显示器显示的流量值进行判断第一通道23是否泄漏。
[0048]需要说明的是，在本实施例中，闭合的第一通道23通过在金属背板21的下表面上设置的第一沟槽231与靶材22的上表面形成；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，闭合的第一通道23还可以采用其他方式形成。例如，如图8所示，在靶材22的上表面上(即，与金属背板21相接触的表面)沿其径向设置有第二沟槽232，该第二沟槽232与金属背板21的下表面形成闭合的第一通道23。再如，如图9所示，在金属背板21的下表面上沿靶材22的径向设置有第一沟槽231，在靶材22的上表面上且对应第一沟槽231的位置设置有第二沟槽232，第一沟槽231和第二沟槽232形成闭合的第一通道23。可以理解，为实现闭合的第一通道23，第一沟槽231和第二沟槽232的两端应位于靶材22的内侧，换言之，第一沟槽231和第二沟槽232沿靶材22径向上的长度应小于靶材22的直径长度。
[0049]采用图8和图9所示的靶材组件与图4所示的靶材组件相比:在第一通道23内检测气体发生泄漏需要对靶材22更换时，其剩余靶材22的厚度与图4中剩余靶材22厚度相比，多浪费第二沟槽232的深度h对应的靶材，这是因为图4所示的靶材组件的靶材22上并未设置第二沟槽232，因而采用图4所示的靶材组件可以实现靶材22被充分利用，避免靶材22浪费。
[0050]还需要说明的是，尽管在本实施例中检测装置采用流量开关25检测检测气体的流量来判断第一通道23内的检测气体是否泄漏；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，检测装置还可以采用其他方式检测第一通道内的检测气体是否泄漏。例如，检测装置包括在靶材22所在腔室中设置的真空检测器，真空检测器用于检测腔室的真空度，具体地，真空检测器为真空规；通过判断腔室的真空度是否降低来判断第一通道23内的检测气体是否泄漏，这是因为若第一通道23发生泄漏，则检测气体会进入腔室使得腔室的真空度降低。在此情况下，第一，处理器判断来自真空检测器检测到的真空度是否降低来判断第一通道23是否发生泄漏，若发生泄露，则向报警器发送信号，报警器根据该信号发出报警信号。第二，显示器用于显示真空检测器检测的腔室的真空度，根据显示的真空度可以人为判断第一通道23是否发生泄漏。
[0051]此外，需要说明的是，由于本实施例中靶材22下表面被刻蚀形貌以其中心为中心中心对称，因此，第一通道23沿靶材22的径向设置，且为一条；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，应在保证金属背板21和靶材22稳定固定且第一通道23闭合的前提下，根据实际情况具体设置第一通道23的设置方向、数量以及在靶材22所在平面上的长度等，例如，第一通道23的数量可以为多个，第一通道23的水平截面的轮廓形状不仅可以为条状还可以为片状，同样通过判断第一通道23内的检测气体是否泄漏来确定是否需要更换靶材22。
[0052]作为另外一个技术方案，本发明实施例还提供一种物理气相沉积设备，包括靶材组件，靶材组件采用本发明上述实施例提供的靶材组件。
[0053]本发明实施例提供的物理气相沉积设备，其采用本发明上述实施例提供的靶材组件，因而不仅可以缩短设备维护周期，而且还可以实现靶材被充分利用和避免基片因其上沉积的薄膜不纯而报废，从而可以提高经济效益。
[0054]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种靶材组件，包括金属背板和靶材，所述靶材的上表面固定在所述金属背板的下表面上；其特征在于，所述金属背板的下表面和所述靶材上表面之间形成有闭合的第一通道，在所述金属背板上还设置有与第一通道相连通的第二通道，所述第二通道与检测气源相连通，所述检测气源用于经由第二通道向所述第一通道充检测气体； 所述靶材组件还包括检测装置，所述检测装置用于检测所述第一通道内的检测气体是否泄漏，若泄漏，则需要更换所述靶材；若未泄漏，则不需要更换所述靶材。2.根据权利要求1所述的靶材组件，其特征在于，在所述金属背板的下表面上设置有第一沟槽，所述第一沟槽与所述靶材的上表面形成所述第一通道。3.根据权利要求1所述的靶材组件，其特征在于，在所述靶材的上表面上设置有第二沟槽，所述第二沟槽与所述金属背板的下表面形成所述第一通道。4.根据权利要求1所述的靶材组件，其特征在于，在所述金属背板的下表面上设置有第一沟槽，在所述靶材的上表面上且对应第一沟槽设置有第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽形成所述第一通道。5.根据权利要求1所述的靶材组件，其特征在于，所述检测装置包括在所述第二通道和所述检测气源之间的气路上设置的流量开关，所述流量开关用于检测检测气体的流量； 所述第一通道和第二通道内预先充满所述检测气体，通过判断所述检测到的流量是否变化来判断所述第一通道内的检测气体是否泄露。6.根据权利要求1所述的靶材组件，其特征在于，所述检测装置包括在靶材所在腔室中设置的真空检测器，所述真空检测器用于检测所述腔室的真空度； 通过判断所述腔室的真空度是否降低来判断所述第一通道内的检测气体是否泄漏。7.根据权利要求1所述的靶材组件，其特征在于，所述检测气源包括惰性气体气源，所述检测气体包括惰性气体。8.根据权利要求1所述的靶材组件，其特征在于，所述靶材为圆盘式结构，所述第一通道沿所述靶材的径向设置。9.根据权利要求7所述的靶材组件，其特征在于，所述靶材下表面被损耗的形貌以所述靶材的中心为中心中心对称，所述第一通道对应所述靶材的半径设置，且其长度不小于所述靶材的半径长度。10.根据权利要求5或6所述的靶材组件，其特征在于，所述检测装置还包括处理器，所述处理器用于判断所述第一通道内的检测气体是否泄漏。11.根据权利要求5所述的靶材组件，其特征在于，所述靶材组件还包括显示器，所述显示器用于显示所述流量开关检测的流量值。12.根据权利要求6所述的靶材组件，其特征在于，所述靶材组件还包括显示器，所述显示器用于显示所述真空检测器检测的所述腔室的真空度。13.根据权利要求1所述的靶材组件，其特征在于，所述靶材组件还包括报警器，所述报警器用于在需要更换所述靶材时发出报警信号。14.根据权利要求1所述的靶材组件，其特征在于，在所述金属背板的下表面和所述靶材上表面之间还设置有环形密封圈，所述环形密封圈套设在所述第一通道的外侧，用以避免所述第一通道内的检测气体经由所述金属背板和所述靶材之间间隙发生泄漏。15.一种物理气相沉积设备，包括靶材组件，其特征在于，所述靶材组件采用权利要求 1-14任意一项所述的靶材组件。
【文档编号】C23C14/22GK106032565SQ201510106297
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月11日
【发明人】佘清
【申请人】北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司