[发明专利]具有分级夹层的溅射靶组件和制造方法

说明书

本发明提供了一种溅射靶组件。该溅射靶组件包括具有后表面的溅射靶、具有前表面的背板，以及设置在靶和背板之间的夹层。该夹层包括第一夹层部分和第二夹层部分，该第一夹层部分靠近靶材料后表面设置，该第二夹层部分靠近背板前表面设置。第一夹层部分由第一混合物形成，所述第一混合物包含第一材料和第二材料并且具有的第一材料的浓度比第二材料的浓度高，并且第二夹层部分由第二混合物形成，所述第二混合物包含第一材料和第二材料并且具有的第二材料的浓度比第一材料的浓度高。还提供了一种制造方法。

相关申请

本申请要求2016年4月1日提交的美国临时专利申请序列号62/316,701的权益，该临时专利申请全文以引用方式并入本文用于所有目的。

技术领域

本公开涉及用于物理气相沉积系统中的溅射靶的溅射靶组件和部件。本公开还涉及使用增材制造工艺制造的溅射靶组件和部件。

背景技术

物理气相沉积方法广泛用于在各种基材上形成薄膜材料。这种沉积技术的一个重要领域是半导体制造。图1中示出了示例性物理气相沉积(“PVD”)设备8的一部分的示意图。在一种配置中，溅射靶组件10包括背板12，该背板具有结合到其上的靶14。基材18诸如半导体材料晶片在PVD设备8内并且被设置为与靶14隔开。靶14的表面16是溅射表面。如图所示，靶14设置在基材18上并且被定位成使得溅射表面16面向基材18。在操作中，溅射材料22从靶14的溅射表面16移位并用于在基材18上形成涂层(或薄膜)20。在一些实施方案中，合适的基材18包括用于半导体制造的晶片。

在示例性PVD工艺中，靶14被能量轰击，直到来自溅射表面16的原子被释放到周围大气中并随后沉积在基材18上。在一种示例性用途中，使用等离子体溅射将薄金属膜沉积到芯片或晶片上以用于电子器件。

靶14可以由适合于PVD沉积工艺的任何金属形成。例如，靶14可包括铝、钒、铌、铜、钛，钽，钨、钌，锗，硒、锆、钼、铪及其合金和组合。当打算将这种示例性金属或合金作为膜沉积在表面上时，靶14由所需的金属或合金形成，金属原子将在PVD期间从金属或合金中移除并沉积在基材18上。

背板12可用于在PVD沉积工艺期间支撑靶14。如本文所讨论的，PVD沉积工艺可能导致包括靶14和背板12的溅射靶组件10的不期望的物理变化。例如，PVD沉积工艺可包括会导致靶14翘曲或变形的高温。为了防止这种情况，可以对溅射靶组件10和部件进行设计以减少这些不期望的物理变化。例如，背板12可被构造成具有高热容量和/或热传导率，这可以最小化或防止靶14和溅射靶组件10的不期望的物理变化。

用于定制溅射靶组件10的性质的一种选择包括控制形成背板12的方式。这可以包括选择所使用的背板材料以及在制造过程中处理材料的方式。另一种选择包括控制背板12的组装和用于形成背板12的各种部件的方法。

在示例性双部件溅射靶组件10设计中，如图2所示，背板12被形成为与靶14分开的部件。如图所示的背板12是单个实心板。靶14通过诸如紧固、焊接、熔接和扩散粘结的技术接合到背板12，以形成溅射靶组件10。背板12提供各种功能，包括整个溅射靶组件10的机械性能的加强和物理性能的增强。如图2所示的溅射靶组件10包括靶14和背板12(在两者连接之后)。靶组件10通过诸如用螺栓或螺钉紧固的技术附接到安装部件9处的PVD系统。另外，在一些实施方案中，冷却水7直接接触背板12。

将靶14接合到背板12的一种方法是通过将两个部件扩散粘结在一起。在扩散粘结的靶中，由于靶材料和背板材料之间的热膨胀系数(CTE)的巨大差异，一些靶和背板材料的粘结很困难。例如，在扩散粘结靶中，由于这些材料之间的CTE的巨大差异，将一些靶材料(例如钨)粘结到常规背板材料(诸如铝、铝合金、铜或铜合金背板)上很困难。