低偏转溅射靶组件及其制造方法.pdf

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1、10申请公布号CN104125870A43申请公布日20141029CN104125870A21申请号201380009377722申请日2013021261/598,59520120214USB23K20/1220060171申请人东曹SMD有限公司地址美国俄亥俄州72发明人Y袁EY伊瓦诺夫74专利代理机构北京市柳沈律师事务所11105代理人赵燕青54发明名称低偏转溅射靶组件及其制造方法57摘要描述的是用于以低偏转生产溅射靶组件的设计和方法，溅射靶组件由焊接结合到复合背衬板的靶材料制成，复合背衬板的热膨胀系数CTE匹配靶材料。复合背衬板是由具有不同CTE的至少两种不同材料构成的复合构造。复合。

2、背衬板在塑性变形后根据需要具有匹配靶材料的CTE，并在结合过程中具有低且期望的偏转，因此，导致低偏转和低应力的靶材料结合到复合背衬板组件。该方法包括制造具有平坦结合表面的复合背衬板，对靶坯料和复合背衬板进行热处理以实现结合表面的期望形状，将靶焊接结合到背衬板，以及将组件慢慢冷却至室温。匹配的CTE在靶材料和背衬板两者中均消除了CTE失配的问题，并且防止该组件偏转和产生内应力。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014081486PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0257292013021287PCT国际申请的公布数据WO2013/122927EN2013082251IN。

3、TCL权利要求书2页说明书6页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图4页10申请公布号CN104125870ACN104125870A1/2页21一种生产溅射靶组件的方法，所述方法包括以下步骤A提供由层压组件构成的背衬板，所述层压组件包括具有第一热膨胀系数CTE的第一层和具有第二CTE的第二层；B提供溅射靶，所述靶由具有第三CTE的第三材料构成；C将所述背衬板的所述第一层焊接结合到所述靶，以提供所述溅射靶组件。2如权利要求1所述的方法，其中，所述第一层的CTE比所述第二层的CTE更低。3如权利要求2所述的方法，其中，所述第一层的CTE比所述第二层的。

4、CTE更低。4如权利要求1所述的方法，其中，所述第一层和所述第二层经由扩散结合、铜焊、锡焊、搅拌摩擦焊接、涂覆、电镀及其它方法接合在一起。5如权利要求1所述的方法，其中，所述第一CTE和所述第三CTE之间的差大约是22或更小。6如权利要求5所述的方法，其中，所述第二CTE第一CTE的CTE之比大约是251。7如权利要求6所述的方法，包括加热所述第一层和第二层，以及沿着所述第一层的表面形成凹部。8如权利要求6所述的方法，其中，所述第一层具有厚度TA，并且所述第二层具有厚度TB；其中TATB从约11到约1001。9如权利要求8所述的方法，其中，所述靶基本由硅组成，所述第一层基本由钛组成，并且所述第。

5、二层基本由铝或铝合金组成。10如权利要求8所述的方法，其中，所述靶基本由钨或二硅化钨组成，所述第一层基本由钛组成，并且所述第二层基本由铝或铝合金组成。11如权利要求8所述的方法，其中，所述靶基本由硅组成，所述第一层基本由钼组成，并且所述第二层基本由铜组成。12一种溅射靶组件，包括A具有第一配合表面的背衬板，所述背衬板包括具有第一CTE的第一材料和具有第二CTE的第二材料；B具有第二配合表面的溅射靶，所述靶包括具有第三CTE的第三材料；C所述靶沿着所述第一配合表面和第二配合表面被焊接结合到所述背衬板，其中所述第一CTE和第三CTE之间的差小于约22。13如权利要求12所述的溅射靶组件，其中，所述。

6、背衬板包括多层背衬板，所述第一材料限定了第一背衬板层，并且所述第二材料限定了第二背衬板层，所述第一层和第二层被结合在一起，其中所述第二CTE第一CTE的CTE之比大约是251。14如权利要求13所述的溅射靶组件，其中，所述第一层具有厚度TA，并且所述第二层具有厚度TB；其中TATB从约11到约1001。15如权利要求13所述的溅射靶组件，其中，所述第一配合表面包括限定焊料贮存器的凹部。16如权利要求14所述的溅射靶组件，其中，所述靶基本由硅组成，所述第一层基本由钛组成，并且所述第二层基本由铝或铝合金组成。17如权利要求14所述的溅射靶组件，其中，所述靶基本由钨或二硅化钨组成，所述第一层基本由钛。

7、组成，并且所述第二层基本由铝或铝合金组成。权利要求书CN104125870A2/2页318如权利要求14所述的溅射靶组件，其中，所述靶基本由硅组成，所述第一层基本由钼组成，并且所述第二层基本由铜组成。权利要求书CN104125870A1/6页4低偏转溅射靶组件及其制造方法0001相关申请的交叉引用0002本PCT申请要求2012年2月14日提交的美国临时专利申请序列号61/598,595的优先权。技术领域0003本发明涉及一种溅射靶及复合背衬板SPUTTERTARGETANDCOMPOSITEBACKINGPLATE，其中靶和与靶连续的背衬板部件彼此进行热匹配，以尽量减少沿着靶/背衬板界面发生。

8、的热应力。背景技术0004溅射作为一种手段用来将期望材料的薄膜沉积在基板上已经在集成电路中变得很重要。在溅射系统中，用等离子体状态的激发离子轰击靶而将待沉积在基板上的材料从溅射靶中除去。靶材料的原子或分子从靶中喷出，并且沉积在工件或基板上。从靶中喷射这些材料会在靶区域中伴随显著的热量积聚。0005通常，溅射系统包括溅射源、真空室和用于将基板定位并保持靠近溅射源的装置。溅射源通常包括使材料从中溅射的靶、用于将靶保持到位的装置、用于在靶附近形成等离子体的装置、用于在等离子体中产生离子以轰击靶的装置、以及用于冷却靶以防止过热的装置。0006各种手段在过去已被用于将溅射靶保持在溅射源内的合适位置。这样。

9、的保持装置必须确保靶与冷却装置维持良好的热接触，以便使在靶中产生的热量可以消散。0007在一些溅射源中，圆形靶被可拆卸地安装在固定的背衬板内，并且由各个按住特征如夹子、弹簧、插入件、螺钉等保持到位。在这些溅射源设计中，溅射靶可从固定的背衬板独立地除去，用于由于靶消耗、破损等而更换靶。通常情况下，靶以必要的要求被焊接到背衬板上，即该靶通过熔化焊料而被除去，并且使该靶从背衬板分离。0008为了冷却该靶，冷却水通常沿着或穿过与靶相邻定位的背衬板循环。在某些情况下，靶的外缘和背衬板的周界冷却壁之间的热接触是至关重要的，并通过靶对冷却壁的热膨胀来维持。0009在其它系统中，当更换靶时，无论是使用了的靶还。

10、是相应的背衬板均被丢弃。在这样的设计中，背衬板通常包括适于齐平地接收在靶的下表面上的上环形平面表面。背衬板还包括从平面表面向下延伸的环形圈，其在环形圈的下端处具有外安装凸缘。靶板和背衬板可以经由钎焊、熔焊、铜焊或其它金属结合技术进行接合。0010由于靶和背衬板构件的热膨胀系数“CTE”不同，在高功率溅射期间靶所达到的高热量水平导致沿着靶/背衬板界面作用有过度的应力。尽管有冷却功能，靶和背衬板构件两者的翘曲和收缩率差异也可能会发生，导致靶的冷却被严重阻碍，随之而来的是靶失效。说明书CN104125870A2/6页5发明内容0011根据本发明的一个示例性方面，靶和背衬板构件的热匹配通过提供靶和复合。

11、背衬板组件来完成。复合背衬板通常是顶背衬板层叠置在底背衬板层上方的层压结构。示例性靶或背衬板层材料的CTE按照20下Z106CM/CM/而给出，其中Z是热膨胀系数，如下表所示001200130014靶和适于与靶连续配合的层压背衬板的顶层具有约22106CM/CM/或更小的热膨胀系数差。通过提供匹配的靶和背衬板，在接合和溅射操作期间，靶/背衬板界面处的热应力以及组件的弯曲得以最小化。0015层压背衬板组件设置有背衬板的顶层，在靶和底背衬板层之间限定出中间层。该中间层由与叠置在其上的靶材料热匹配的材料构成。0016本发明将根据附图和以下详细说明进一步描述。附图说明0017图1是根据本发明的靶和层压。

12、背衬板组件的一个实施例的示意性横截面图；说明书CN104125870A3/6页60018图2是另一实施例的示意图，其中在制造组件的一个阶段期间，凹部或贮存器10形成在靶的下侧表面和组件中间层的顶表面之间；0019图3是根据本发明的靶和层压背衬板组件的一个实施例的示意性横截面图；0020图4是工艺流程图，对比了现有技术的靶/背衬板制造工艺和根据本发明一个方面的靶/背衬板制造工艺；和0021图5是层压或复合背衬板组件的一个实施例的局部横截面图，并示出了一起限定复合背衬板组件的相应材料的“A”和“B”的厚度。具体实施方式0022首先参见图1和图3的附图，示出了根据本发明一个实施例的靶/背衬板组件。该。

13、组件包括靶材料2，靶材料2具有由期望的溅射材料构成的表面。层压或复合背衬板组件被示出并包括第一材料4，限定了背衬板组件的被叠置在第二背衬板材料、材料6上方的第一层或顶层。在图1中，冷却腔室8与第二背衬板材料6的底表面以热交换的关系进行设置，以便在溅射操作期间冷却该组件。如图所示，材料4和6可以沿其界面通过常规手段如焊接结合、扩散结合、铜焊、涂覆、电镀等结合。靶2可以通过常规手段如焊接结合、扩散结合，铜焊、摩擦搅拌焊接FSW等结合到背衬板组件的第一材料4的顶侧。0023根据本发明的一个方面，靶和第一材料4的CTE被选择，使得它们是兼容的。换言之，靶2和第一背衬板材料4的CTE之间的差应该是约22。

14、或更小的量级。在另一实施例中，CTE之间的差可以是7或更小。此外，层压或复合背衬板组件的第二材料6的CTE应比材料4的CTE更高。因此，在热处理材料4和6时，比如在结合工艺等之中，期望的凹部可以沿着构件4的顶表面形成。该凹部可用作焊料的贮存器等，然后将其用于复合背衬板组件到靶2的结合。0024关于图2，所示的凹部10沿着第一背衬板材料4的顶表面定位。如附图所示，为简化的目的，凹部10的尺寸被夸大了。另外，如图2所示，液体如加热的焊料等被提供在腔体中作为结合介质，以将靶2结合到第一背衬板层4的顶表面。0025图4对比了常规设计100靶/背衬板结合方法与显示为200的根据本发明的方法。在常规方法中。

15、，如步骤110所示，提供了扁平靶坯料和扁平单个背衬板材料。然后，如120所示，加热扁平靶坯料和扁平背衬板；和如130所示，经由常规手段将扁平靶坯料和扁平背衬板结合在一起，形成扁平结合的靶/背衬板组件。在冷却时，由于靶和背衬板之间较大的CTE差异，如140所示，整个组件弯成弓形或发生变形。在结合工艺结束后，如150所示，结果为弓形结合组件。0026与此相反，根据本发明的一个示例性实施例，如210所示，提供扁平靶坯料连同图1和图3所示类型的扁平层压或复合背衬板。然后，如220所示，对扁平靶坯料和背衬板组件进行热处理。由于如图1所示的事实，即第二材料6具有比在第一层材料、编号4图1中提供的CTE更高。

16、的CTE，背衬板组件翘曲至可控的弓形位置，并且在结合温度下，该期望的凹部限定了图2所示的贮存器10。这个贮存器沿着第一背衬板层4的顶表面作为凹部而存在。在图4中如240所示，在冷却时，整个组件变得扁平；并且在结合工艺后，提供了扁平结合组件250。0027于是显而易见的是，背衬板部件4和6的选择基于靶材料的性能而做出。靶材料说明书CN104125870A4/6页7的CTE应接近于第一背衬板层4的CTE，并且如前所述，在某些示例性实施例中，这个差值应为约22或更小的量级。在另一实施例中，CTE之间的差可以是7或更小。此外，第二背衬板层6的CTE大于第一背衬板层4的CTE。这有助于自然地形成凹表面，。

17、该凹表面也可以用作将靶结合到背衬板组件的焊料的贮存器，如图2所示。0028如图5所示，不同厚度TA/TB的比率可以分别针对背衬板组件的部件4、6进行选择，以调整凹表面或贮存器10的深度。0029背衬板组件的层4和6可以经由扩散结合、铜焊、锡焊、摩擦搅拌焊接、涂覆、电镀及其它常规方法结合在一起。靶的制造方法包括制造具有平坦结合表面的复合背衬板，加热靶表面和复合板以实现结合表面的期望形状；并且在某些实施例中包括将靶焊接结合到背衬板，随后将组件慢慢冷却至室温。0030在一个示例性实施例中，靶材料2是硅，且复合背衬板包含钛的顶层或第一层4和A16061的第二层或底层6。背衬板材料与结合到复合背衬板的硅。

18、靶焊料扩散结合在一起。0031可提及的另一示例性实施例是具有复合背衬板的硅靶，其中第一层4是钼，并且第二层6是铜。铜层的厚度可以大于或等于零毫米。当第二层的厚度是零时，表明仅第一层存在。换句话说，当铜层厚度是零时，背衬板唯一具有钼的第一层。0032另一示例性实施例是钨靶与复合背衬板的组合，其中第一背衬板层4是钛，并且第二背衬板层6是铝或铝合金。0033另一示例性实施例是二硅化钨靶与复合背衬板的组合，其中第一背衬板层4是钛，并且第二背衬板层6是铝或铝合金。0034示例性靶或背衬板层材料的CTE按照20下Z106CM/CM/而给出，其中Z是热膨胀系数，如下表所示00350036说明书CN10412。

19、5870A5/6页80037在其它示例性实施例中，靶可以是硅、陶瓷材料包括但不限于氧化物、氮化物、碳化物等、硅锗、硅化物例如，二硅化钨以及它们的合金。复合背衬板构件4/6可以由钛/铝、钛/铜、钼/铜、钼/铝、钽/铝、钽/铜等构成。复合背衬板的材料4/6可以经由扩散结合、钎焊、铜焊、摩擦搅拌焊接、涂覆、电镀及其它方法进行接合。0038于是显而易见的是，本发明的目的在于生产溅射靶组件的方法。在一个实施例中，所述方法包括步骤提供背衬板，所述背衬板由具有第一CTE的第一层和具有第二CTE的第二层构成。溅射靶设置有表面层，所述表面层包括要溅射到期望基材上的材料；和底层，所述底层适于与第一背衬板层4的顶表。

20、面配合。靶由具有第三CTE的第三材料构成。背衬板和靶沿着界面表面、即靶的底部被焊接结合到层4的顶表面。在一些实施例中，如附图中所示的背衬板的第一层4可以从由钛、钼、铌、钽、锆以及它们的合金组成的组中进行选择。0039在其它示例性实施例中，第二材料、附图中所示的材料6可以从由铝、铜、钛、镍、钒以及它们的合金组成的组中进行选择。在本发明的其它方面中，靶材料可以从由硅、硅锗、硅化物、钨、钛钨、钛铝、钽、钴、镍、铜、稀土金属以及它们的合金组成的组中、以及包括但不限于氧化物、氮化物、碳化物和碳氮化物的陶瓷材料中进行选择。0040根据本发明的某些实施例，背衬板组件的第一材料4的CTE比背衬板组件的第二材料。

21、6的CTE更低。在某些实施例中，用于层6的CTE是层4的CTE的约25倍。换言之，CTE层6/CTE层4的比率约为251。背衬板组件的第一和第二材料4和6可以经由扩散结合、铜焊、锡焊、摩擦搅拌焊接、涂覆、电镀及其它方法接合在一起。另外，热塑性变形可以被施加到背衬板组件，以实现用于材料4、6共同组件的平坦第一配合表面。0041在本发明的其它方面中，提供了溅射靶组件，其包括具有第一配合表面的背衬板。背衬板由具有第一CTE的第一材料和具有第二CTE的第二材料构成。提供了具有第二配合表面的溅射靶，并且溅射靶由具有第三CTE的第三材料构成。靶材料沿着第一和第二配合表面被焊接结合到背衬板。如附图所示的第一。

22、材料4可以从由钛、钼、铌、钽、锆以及它们的合金组成的组中进行选择。此外，如附图所示的第二材料、材料6从由铝、铜、钛、镍、钒以及它们的合金组成的组中进行选择。靶可以由硅、硅锗、硅化物、钨、钛钨、钛铝、钽、钴、说明书CN104125870A6/6页9镍、铜、稀土金属以及它们的合金，以及包括但不限于氧化物、氮化物、碳化物和碳氮化物的陶瓷材料构成。在另一实施例中，靶材料可以是本征的INTRINSIC、P型硅或N型硅，并且在其它实施例中，靶材料可以是单晶硅或多晶硅。0042于是显而易见的是，本发明能够以低偏转形成复合背衬板，以匹配靶材料，尤其对于低CTE的脆靶材料如此。诸如多层背衬板组件等部件的提供降低。

23、了成本并提供了廉价背衬板。0043根据本发明的另一方面，背衬板部件的厚度比TA/TB参照图5被调整，以调节如图2所示的贮存器10的深度。在一个示例中，其中钛作为第一材料4被提供、A16061用作用于背衬板组件的第二材料6，TA/TB的比率设置为11。这种钛/A16061层压背衬板被扩散结合在一起，并观察到在靶中心约01英寸的向下位移。在另一示例性实施例中，钛再次被用作第一材料4，A16061被用作第二材料6。然而，TA/TB的比率选择为约51的量级。在这种情况下，在组件中心处的最大向下位移或弯曲被发现为004英寸。示例性的TA/TB厚度比为约11至约1001的量级。0044虽然我们在本文中已经示出和描述了本发明的某些实施例，但意图是这些也涵盖它们在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以做出的变化或修改。说明书CN104125870A1/4页10图1图2说明书附图CN104125870A102/4页11图3说明书附图CN104125870A113/4页12图4说明书附图CN104125870A124/4页13图5说明书附图CN104125870A13。