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            影響磁控濺射鈦靶材性能的因素

            發(fā)布時(shí)間:2020-01-17 06:47:23 瀏覽次數(shù) :

            目前的情況下,濺射靶材的制造以及磁控濺射技術(shù)和工藝水平下,薄膜的沉積工藝中依然有一些常見的異常缺陷,研究如何解決這些缺陷,不僅可以提高芯片的良率,更重要是可以保證芯片功能的完備從而降低芯片失效的風(fēng)險(xiǎn)。濺射靶材對(duì)濺鍍的薄膜性能有著直接的影響,表現(xiàn)在:濺射速率(depositionrate),薄膜厚度均勻性(uniformity)、方塊電阻(Rs)、薄膜厚度(thickness)以及光學(xué)性質(zhì)反射率(reflectivity)以及薄膜刻蝕速率(etch rate)和薄膜顆粒缺陷(particle)等。濺射靶材與濺鍍薄膜的關(guān)系主要體現(xiàn)在:靶材的合金元素以及雜質(zhì)含量直接影響薄膜成分;靶材的晶粒度與織構(gòu)影響濺射速率以及薄膜的厚度和厚度均勻性;靶材的內(nèi)部缺陷會(huì)導(dǎo)致異常放電(arcing);靶材與背板的電阻性能會(huì)影響輸出電壓電流的表現(xiàn),靶材表面的形狀會(huì)影響與磁鐵和晶圓的間距從而影響濺射速率,因此,濺射靶材對(duì)于金屬互連線以及阻擋層的性能有非常關(guān)鍵的影響 。

            1、濺射靶材特性對(duì)沉積速率的影響

            濺射功率與濺射速率成正比關(guān)系,濺射功率越小,濺射速率則越小,反之越大。氣壓在一定范圍內(nèi),與濺射速率為反比的關(guān)系,即壓力越小,濺射速率越大,反之越小。濺射靶材的材料性能對(duì)濺射速率主要有以下幾個(gè)方面的影響:

            靶材材料純度:材料純度越高,其內(nèi)部缺陷越少,致密性越好,對(duì)濺射速率影響越大。靶材硬度:一般來(lái)說靶材硬度最大,則濺射速率越慢。靶材硬度是受靶材雜質(zhì)含量以及變形與熱處理工藝決定。

            靶材的晶粒度與織構(gòu):在同一材料中,靶材的晶粒尺寸與晶粒取向?qū)Τ练e速率有著重要的影響,而材料不同,其具體晶粒度與取向?qū)R射速率有著不盡相同的影響,本文重要研究 Ta 靶材的晶粒與織構(gòu)的控制及其對(duì)沉積速率的影響。

            濺射靶材

            2、濺射靶材特性對(duì)濺鍍出薄膜厚度均勻性的影響

            薄膜厚度均勻性的控制與優(yōu)化是磁控濺射鍍膜的研究重點(diǎn)之一,在整個(gè)晶圓內(nèi)薄膜厚度的分布是對(duì)金屬配線功能有著重要影響的參數(shù)。半導(dǎo)體鍍膜、光學(xué)薄膜、電學(xué)薄膜等領(lǐng)域,尤其是先進(jìn)工藝的濺射薄膜,都對(duì)薄膜的厚度均勻性有著非常嚴(yán)格的要求。可以通過調(diào)整靶材與晶圓之間的距離以及增加磁鐵來(lái)優(yōu)化薄膜厚度的均勻性來(lái)制備大面積且均勻性好的薄膜。但是靶材本身的晶粒度與織構(gòu)也對(duì)濺射速率以及濺鍍薄膜的厚度和均勻性有著非常重要的影響。因此研究靶材的晶粒度與織構(gòu)的控制及其對(duì)薄膜厚度和均勻性的影響,是十分有意義的。

            3、濺射靶材特性對(duì)晶圓顆粒缺陷和良率的影響

            薄膜顆粒缺陷是半導(dǎo)體制造的頭號(hào)大敵,顆粒缺陷對(duì)良率有著直接的影響,這也是半導(dǎo)體制造廠商斥巨資建立高潔凈度凈化室的原因,在芯片制造的數(shù)千道工藝中,任何一步都要對(duì)顆粒進(jìn)行嚴(yán)格管控,任何一步發(fā)生的大量顆粒缺陷,都可能導(dǎo)致大量的芯片報(bào)廢,隨著工藝越來(lái)越先進(jìn),對(duì)顆粒缺陷有著更加嚴(yán)格的要求,在實(shí)際芯片制造中,如在40-45nm 工藝中,在整片晶圓內(nèi),大于 0.16μm 的顆粒缺陷需小于 5 顆。

            芯片制造過程中,顆粒缺陷主要來(lái)源于環(huán)境、機(jī)臺(tái)的潔凈度與真空度、機(jī)臺(tái)的老化等方面外,還受濺射靶材缺陷或者尖端放電的影響 。

            4、濺射靶材特性對(duì)芯片電性能參數(shù)及可靠性的影響

            芯片制造完成后,電性能參數(shù)的穩(wěn)定性直接影響了芯片功能的實(shí)現(xiàn),而濺射靶材直接影響了電性能參數(shù)中的電阻、電流表現(xiàn),最主要的是受濺射靶材本身的成分、濺射沉積出的薄膜的厚度和均勻性影響。

            另外,金屬互連線的老化、短路等都極大影響著芯片功能的可靠性。最常見的案例是金屬導(dǎo)線的電遷移導(dǎo)致的可靠性失效,所以濺射靶材的材料成分控制對(duì)芯片可靠性有著重要的意義。

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