[发明专利]溅射靶有效

专利信息
申请号: 200780008001.9 申请日: 2007-02-26
公开(公告)号: CN101395296A 公开(公告)日: 2009-03-25
发明(设计)人: 尤金·Y·伊瓦诺夫;袁永文;戴维·B·斯马瑟斯;罗纳德·G·乔丹 申请(专利权)人: 陶斯摩有限公司
主分类号: C23C14/34 分类号: C23C14/34
代理公司: 北京市柳沈律师事务所 代理人: 宋 莉
地址: 美国俄*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 溅射
【说明书】:

相关申请的交叉引用

本申请要求在2006年3月6日提交的美国临时专利申请No.60/779,500 和2006年6月22日提交的美国临时专利申请No.60/815,635的优先权。

技术领域

本发明涉及适合于形成具有改善的均匀性、热稳定性和抗电迁移性的配 线膜的溅射靶,所述配线膜用于半导体集成电路器件和平板显示器。本发明 特别涉及含有少量合金元素的纯铝和铝合金溅射靶。

背景技术

通过溅射法形成的铝配线膜由于其低电阻率、良好的可蚀刻性和低制造 成本,已经在半导体集成电路和平板显示器中广泛使用。低电阻率和高热导 性导致与互连网络有关的低电阻-电容(R-C)迟滞。R-C迟滞是决定在器件和电 路中信号传输速度或时间常数的关键因素。例如,当显示面板的尺寸变大时, 必须保持低时间常数和保持配线膜的电阻率低于5μΩ.cm和甚至低于3μΩ.cm 以维持所需的显示质量和功率消耗,该配线膜连接液晶显示器(LCD)的无定形 薄膜晶体管(TFT)的源极和漏极。

对于很多应用而言,配线膜在整个沉积的基板上具有均匀厚度是关键的。 对于由具有形体尺寸(feature size)1微米以下的多级结构的多层组成的大规模 集成电路来说这是特别正确的。单独的多级结构的生产涉及几个溅射和图案 化过程,包括沉积和图案化电介质材料、沉积扩散阻挡层(diffusion barrier layer) 以及沉积和图案化导电配线膜。配线膜厚度的变化不仅由于变化的膜的薄膜 电阻(Rs)(其与膜厚度成反比)引起不一致的信号传输速度和功率消耗,还由于 形成大的膜凸起-小丘(bumps-hillocks)不利地影响建立在配线膜上的层的性能 或甚至引起导电配线膜之间的短路。

认为溅射靶的结构特性,包括晶粒尺寸、取向以及它们的分布均匀性, 直接影响配线膜厚度的均匀性。通常通过控制由机械变形和热退火组成的其 制造工艺控制靶晶粒结构。形成所需靶晶粒结构的关键步骤是在变形过程 (滚轧、压制、锻造、挤出或其组合)中累积足够且均匀分布的内能。内能是在 重结晶退火过程中用于晶粒细化的推动力。然而,已经观察到高纯度(5N或 更高纯度)的铝可在热变形过程中经历动态重结晶。动态重结晶的后果之一是 内能部分损失。由于内能不足,在随后的静态重结晶过程中晶粒细化过程可 为不完全的或根本不发生。动态重结晶的另一后果是形成在高位错密度的变 形基体中分散的非无应变重结晶晶粒。这种不均匀的部分重结晶结构导致沉 积膜的厚度或平面度特性上的显著变化,因为重结晶晶粒和变形的基体具有 不同的溅射行为。

和纯铝膜应用有关的一个问题是其低的抗电迁移性和热稳定性。许多铝 配线膜的失效是由电迁移导致的,该电迁移在配线膜经受高电流密度时发生 并导致和原子通量散度(atomic flux divergence)有关的定向传质。在经受热处 理或由高电流密度产生的焦耳热的低热稳定性的膜中形成空隙或小丘。通常, 抗电迁移性随热稳定性的增加而提高。增强热稳定性和电迁移的通常办法是 使铝合金化。已经报道,向纯铝靶中添加高达0.1重量%的Cu、Fe、Ti和B 合金元素改善沉积膜的热稳定性。然而,将铝和杂质元素合金化可提高铝的 电阻率。另一方面,向铝添加合金杂质使铝的可蚀刻性变差。通常使用的Al 合金元素Cu可使Al的可图案化性恶化,因为Cu和Al可形成难以通过Al 蚀刻反应物除去的非常稳定的金属间沉积物,且适合于Al的蚀刻反应物将会 和Cu反应形成不溶于通常使用的清洁溶剂的化合物。

因此,对于开发铝或铝合金靶存在不断增加的需求,该铝或铝合金靶产 生具有改善的均匀性、抗电迁移性和热稳定性同时保持低电阻率和良好的可 蚀刻性的配线膜以满足在半导体电子器件和平板显示器应用中当前和未来的 需求。

发明内容

本发明人已经发现含有0.01-100ppm的一种或多种其它元素或第二合金 元素的铝或铝合金溅射靶,该其他元素或第二合金元素包括Ni、Co、Ti、V、 Cr、Mn、Mo、Nb、Ta、W以及稀土金属(REM),并且提供制造这种溅射靶 的方法。

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