高純?yōu)R射鈦靶材鈦旋轉(zhuǎn)靶的特點(diǎn)及表面處理工藝

制造的金屬鍍膜工藝中，日本的日礦材料公司生產(chǎn)高純鈦濺射靶、銅、鉭、鈷、鎢、鎳等高純金屬以及合金靶、鈦硅化物靶等，供給全世界的半導(dǎo)體廠家。

高純?yōu)R射鈦靶材主要是用做鋁配線的擴(kuò)散阻擋層的氮化鈦膜以及晶體管柵極的鈦硅化物。前者是在濺射中通入氮?dú)庖孕纬傻伳ぃ笳呤窃诠枭闲纬赦伳ず笥蔁崽幚淼霉杌锬ぁ?/p>

一般靶材在濺射初期特性不穩(wěn)定，因此要用硅使硅試片的再生費(fèi)用增大，因而需要開發(fā)預(yù)濺射時(shí)間短的靶材。濺射初期特性不穩(wěn)定是由于靶材表面物理特性與內(nèi)部不一致引起的，即靶材在機(jī)械加工時(shí)其表面形成了加工應(yīng)變層以及極細(xì)小的加工屑的緣故。

對(duì)機(jī)械加工的鈦靶表面進(jìn)行了測(cè)量和分析，結(jié)果表明，表面的平均粗糙度約為2.5μm；掃描電鏡(SEM) 觀察發(fā)現(xiàn)表面存在許多片狀鈦微塵(加工屑) ； 用X射線衍射(XRD) 法來大致推算加工應(yīng)變層的厚度約為50μm。因此，為了縮短預(yù)濺射時(shí)間，必須完全除去表面的加工應(yīng)變層以及殘存的片狀鈦屑。稱作Sputter Ready(SR) 。該方法分3步進(jìn)行， 首先除 去機(jī)械加工的應(yīng)變層，然后除去上述工序引入的新的應(yīng)變層，最后對(duì)靶材表面進(jìn)行鏡面拋光處理。這樣總共要研磨去除約80μm厚。對(duì)經(jīng)過該種表面處理的試樣進(jìn)行了表面粗糙度測(cè)定、SEM觀察、XRD測(cè)定及研磨砂布引起的污染的測(cè)定。

表面粗糙度的測(cè)定結(jié)果表明：平均表面粗糙度約為0.25μm，約為機(jī)械加工表面粗糙度的1/10；SEM觀察表面， 表面的機(jī)械加工痕跡已完全除去， 表面存在的片狀鈦微塵(加工屑)也已完全除去，未有發(fā)現(xiàn)研磨的傷痕； XRD測(cè)定的(002) 面半峰寬比機(jī)械加工的小，表明已除去了機(jī)械加工的應(yīng)變層，但比電解加工表面的大，表明機(jī)械研磨引入了新的加工應(yīng) 變層，因此，還要對(duì)靶材表面進(jìn)行鏡面拋光處理。對(duì)表面處理的試樣進(jìn)行洗凈后用輝光放電光譜分析，結(jié)果表明，試樣表面的Al，W，Co，Si的含量很低，可以確認(rèn)其表面已是清潔的表面。

對(duì)表面處理的鈦靶材進(jìn)行實(shí)際的濺射試驗(yàn)評(píng)價(jià)，力為666.61Pa，基板與靶的距離為45mm，基板溫度為150℃，用激光照射以檢驗(yàn)鈦靶表面有無微塵異物， 用OMNI Map RS-75儀測(cè)定鍍膜硅片上49點(diǎn)的比電阻，用以進(jìn)行膜厚均勻性的評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，經(jīng)SR處理的鈦靶在濺射初期微塵顆粒約為30個(gè)，比機(jī)械加工的鈦靶(約50個(gè))要少，且在電功率達(dá) 9kW以上后，其表面殘存的微塵顆粒僅十幾個(gè)，表明經(jīng)研磨處理可有效除去鈦靶表面的片狀鈦屑。膜厚均勻性的評(píng)價(jià)表明，經(jīng)SR處理的鈦靶在濺射初期其膜厚均勻性就很穩(wěn)定，膜厚偏差約2.3%；而機(jī)械加工的鈦靶的濺射膜，其膜厚均勻性在電功率達(dá)10kW以上時(shí)仍不穩(wěn)定，這是由于機(jī)械加工引起的加工應(yīng)變層使得在濺射時(shí)濺射粒子的出射角度不一 致造成的。

近年來，半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部配線材料由鋁改為也由鈦硅化物改用鈷硅化物和鎳硅化物。而上述開發(fā)的SR表面處理技術(shù)不僅適合于鈦靶，對(duì)其它各種靶材的縮短濺射初期的預(yù)濺射時(shí)間也是有效的手段。

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