TW202237874A - 成膜裝置、濺鍍靶及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

Abstract

實施方式提供一種能夠提高成膜的生產性的成膜裝置。一實施方式的成膜裝置包括：靶，包含成膜材料；背板，與靶接合；以及磁鐵，配置於背板的上方。背板具有與磁鐵相向的第一部分、以及由磁鐵產生的磁場強度比第一部分低的第二部分，第一部分中所含的第一材料的熱傳導率高於第二部分中所含的第二材料的熱傳導率，且第二材料的楊氏模量大於第一材料的楊氏模量。

Description

成膜裝置、濺鍍靶及半導體裝置的製造方法

[相關申請案] 本申請案享有以日本專利申請案2021-043804號（申請日：2021年3月17日）為基礎申請案的優先權。本申請案藉由參照該基礎申請案而包括基礎申請案的全部內容。

本發明的實施方式是有關於一種成膜裝置、濺鍍靶及半導體裝置的製造方法。

作為成膜裝置之一，有電漿濺鍍裝置。於電漿濺鍍裝置中，於半導體基板與靶之間產生電漿。藉由該電漿，稀有氣體離子化，且稀有氣體的離子撞擊靶。其結果，自靶表面濺射出原子並堆積於半導體基板。藉此，於半導體基板上形成膜。

於如上所述的成膜裝置中，靶接合於背板。於濺鍍過程中對背板施加直流電力。若該直流電力大，則稀有氣體的離子化得到促進，成膜的生產性提高，但另一方面，背板容易翹曲。為了抑制背板的翹曲量，需要限制對背板施加的直流電力。因此，提高成膜的生產性變得困難。

本發明所欲解決之課題是提供一種能夠提高成膜的生產性的成膜裝置、靶濺鍍及半導體裝置的製造方法。

一實施方式的成膜裝置包括：靶，包含成膜材料；背板，與靶接合；以及磁鐵，配置於背板的上方。背板具有與磁鐵相向的第一部分、以及由磁鐵產生的磁場強度比第一部分低的第二部分，第一部分中所含的第一材料的熱傳導率高於第二部分中所含的第二材料的熱傳導率，且第二材料的楊氏模量大於第一材料的楊氏模量。 一實施方式的濺鍍靶，包括：靶，包含成膜材料；以及背板，與所述靶接合。所述背板具有第一部分、以及磁場強度比所述第一部分小的第二部分，且所述第一部分中所含的第一材料的熱傳導率高於所述第二部分中所含的第二材料的熱傳導率，且所述第二材料的楊氏模量大於所述第一材料的楊氏模量。 一實施方式的半導體裝置的製造方法，對與包含成膜材料的靶接合的背板施加直流電力或交流電力，並且自配置於所述背板的上方的磁鐵產生磁場，藉此在配置於所述靶的下方的半導體基板形成包含所述成膜材料的膜，其中，於所述背板形成有第一部分、以及由所述磁鐵產生的磁場強度比所述第一部分低的第二部分，所述第一部分由具有比所述第二部分高的熱傳導率的第一材料形成，所述第二部分由具有比所述第一材料大的楊氏模量的第二材料形成。

以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。本實施方式並不限定本發明。

圖1是概略地表示一實施方式的成膜裝置的結構的示意圖。圖1所示的成膜裝置1為電漿濺鍍裝置，包括載台10、腔室20、濺鍍靶30、冷卻槽40以及磁鐵50。

於載台10載置作為成膜對象的半導體基板100。對載台10連接了交流電源201。半導體基板100例如為矽基板。另外，於半導體基板100上，藉由濺鍍而形成膜101。膜101為導電膜或絕緣膜。於本實施方式中，膜101為氮化矽膜（SiN）膜。

腔室20收容載台10所載置的半導體基板100。載台10設置於腔室20的底部。另外，於腔室20的上部設置有濺鍍靶30。進而，於腔室20設有導入稀有氣體202的通氣口（未圖示）。稀有氣體202例如可使用氬（Ar）氣或氮（N ₂）氣。

於本實施方式中，腔室20為不鏽鋼。另外，於腔室20的內表面，藉由噴鍍形成有鋁層21。藉由該鋁層21，可抑制於腔室20內產生灰塵。

濺鍍靶30具有靶31、接合材32以及背板33。

靶31與載台10相向。靶31包含於半導體基板100上堆積成膜101的成膜材料。成膜材料例如是以硼（B）為摻雜種的矽單晶。

接合材32將靶31接合於背板33。接合材32例如由銦（In）構成。

背板33於腔室20的上部保持靶31。背板33連接於直流電源203。此處，參照圖2A及圖2B對背板33的結構進行說明。

圖2A是背板33的平面圖。另外，圖2B是沿著圖2A所示的切斷線X1-X1的剖面。如圖2A及圖2B所示，背板33具有第一部分331、以及與第一部分331鄰接的第二部分332。

第一部分331的平面形狀是以背板33的中心為中心點的圓環狀。第一部分331與磁鐵50的旋轉軌跡對應。因此，第一部分331的磁場強度高於第二部分332的磁場強度。

另一方面，第二部分332設置於與第一部分331內接的內接區域、以及與第一部分331外接的外接區域。設置於內接區域的第二部分332的平面形狀為圓形。另外，設置於外接區域的第二部分332的平面形狀為與第一部分331形成同心圓的圓環狀。

圖3是表示靶31及背板33的材料特性的表。

於腔室20內，於磁鐵50的正下方的區域中磁場強度最高。因此，於該正下方的區域中，稀有氣體202最大程度地離子化。藉此，經離子化的稀有氣體202最大程度地碰撞靶31中的磁鐵50的正下方的區域、即與第一部分331相向的部分。其結果，於背板33中第一部分331的溫度最高，容易翹曲。

為了抑制隨著加熱而背板33翹曲，理想的是第一部分331中所含的第一材料的熱傳導率高於第二部分332中所含的第二材料的熱傳導率。因此，於本實施方式中，第一材料為銅鉻合金（CuCr），第二材料為鎢（W）或鉬（Mo）。

根據圖3所示的表，銅鉻合金（CuCr）的熱傳導率充分高於鎢（W）及鉬（Mo）各自的熱傳導率。進而，銅鉻合金（CuCr）的熱傳導率充分高於靶31的材料即矽（Si）單晶的熱傳導率。因此，第一部分331可使靶31中所產生的熱充分逸散。

再者，第一材料並不限定於銅鉻合金（CuCr），只要滿足上述條件、即比第二材料高的熱傳導率即可。例如，第一材料亦可應用鋁合金。

另外，為了抑制背板33的翹曲，理想的是背板33的剛性高。因此，於本實施方式中，第二部分332中所含的第二材料的楊氏模量大於第一部分331中所含的第一材料的楊氏模量。根據圖3所示的表，鎢及鉬各自的楊氏模量大幅大於銅鉻合金的楊氏模量。

進而，於本實施方式中，第二材料（鎢或鉬）與靶31的材料（矽單晶）之間的熱膨脹率之差小於第一材料（銅鉻合金）與靶31的材料之間的熱膨脹率之差。因此，亦可避免因熱膨脹率之差引起的靶31的破損。

以下，參照圖4A及圖4B，對背板33的製造步驟的一部分進行說明。

首先，如圖4A所示，形成圓形的金屬板333。金屬板333的材料為第二材料（鎢或鉬）。

接著，如圖4B所示，將金屬板333的一部分挖成圓環狀。於金屬板333中，被挖去的部分334相當於第一部分331，剩餘的部分相當於第二部分332。然後，向被挖去的部分334填充第一材料（銅鉻合金）。藉此，完成圖2A及圖2B所示的背板33。再者，背板33並不限定於藉由上述方法製造，亦可藉由其他方法製造。

返回圖1，於背板33的上表面設置有冷卻槽40。於冷卻槽40內流入及流出冷卻水204。藉由該冷卻水204冷卻背板33。

磁鐵50設置於冷卻槽40內。磁鐵50是構成為以背板33的中心為軸進行旋轉的永久磁鐵。藉由磁鐵50的磁場，於腔室20內產生電漿。

以下，對使用了所述成膜裝置1的半導體裝置的成膜步驟進行說明。

首先，將半導體基板100載置於載台10。接著，使腔室20內成為真空狀態。接著，自交流電源201對載台10施加交流電力，自直流電源203將直流電力施加至背板33。同時，使磁鐵50旋轉，將稀有氣體202導入腔室20內。

稀有氣體202藉由腔室20內所產生的電漿而離子化，並碰撞靶31。藉此，自靶31濺射出矽原子。濺射出的矽原子堆積於半導體基板100的表面，其結果，於半導體基板100上形成膜101。

以下，參照圖5A及圖5B，對比較例的背板進行說明。圖5A是比較例的背板的平面圖。另外，圖5B是沿著圖5A所示的切斷線X2-X2的剖面。

如圖5A及圖5B所示，比較例的背板330未被劃分為第一部分331與第二部分332。背板330由第一部分331的第一材料、即銅鉻合金構成。

於代替背板33而將本比較例的背板330安裝於成膜裝置1來於半導體基板100形成膜101的情況下，對背板330施加直流電力。

圖6A是未施加直流電力的背板330的剖面圖。另外，圖6B是施加了直流電力的背板330的剖面圖。

若對背板330施加直流電力，則因濺鍍而背板330被加熱。該情況下，如圖6B所示，背板330向下翹曲。此時的翹曲量δ可由下述式表示。

（數1）

於以下對所述式的參數進行說明。 α1：背板330的材料的熱膨脹率 α2：靶31的材料的熱膨脹率 t：靶31的厚度 d：背板330的厚度 L：背板330的長度 ΔT：溫度

圖7是表示背板的直流電力與翹曲量的關係的圖表。於圖7中，橫軸表示對比較例的背板施加的直流電力。另一方面，縱軸表示背板的翹曲量δ。另外，虛線表示本比較例的背板330的特性。實線表示本實施方式的背板33的特性。

於利用包括本比較例的背板330的電漿濺鍍裝置進行成膜的情況下，若對背板330施加的直流電力大，則稀有氣體202的離子化得到促進。因此，成膜時間縮短，其結果，成膜的生產性提高。

但是，如所述式及圖7所示，隨著對背板330施加的直流電力變大，背板330的翹曲量δ亦變大。若該翹曲量δ變大，則用於將靶31接合於背板330的接合材32容易發生疲勞破壞。若接合材32發生疲勞破壞，則有接合材32的碎片作為異物混入膜101中的擔憂。

另一方面，於本實施方式的背板33中，如圖2A及圖2B所示，由於與磁鐵50的旋轉軌跡相向而容易變為高溫的第一部分331使用了熱傳導率高的材料。另外，除第一部分331以外的第二部分332使用了楊氏模量高、與靶31的熱膨脹係數差小的材料。

因此，如圖7所示，本實施方式的背板33與本比較例的背板330相比，相對於直流電力的翹曲量δ的變化變小。

因此，根據本實施方式，可對背板33施加高的直流電力。藉此，膜101的形成所需要的時間縮短，因此可提高成膜的生產性。再者，於本實施方式中對背板33施加了直流電力，但亦可施加交流電力。該情況下，由於可對背板33施加高的交流電力，因此，與施加直流電力的情況同樣地，可縮短膜101的成膜時間而提高生產性。

進而，於本實施方式中，背板33與靶31之間的熱膨脹率差亦變小。藉此，於接合材32中疲勞破壞得到抑制，因此可避免異物混入膜101中。藉此，亦能夠提高成膜的品質。

對本發明的若干實施方式進行了說明，但該些實施方式是作為例子而提示，並未意圖限定發明的範圍。該些實施方式能夠以其他各種形態來實施，於不脫離發明的主旨的範圍內，可進行各種省略、置換、變更。該些實施方式及其變形與包含於發明的範圍及主旨中同樣地，包含於申請專利範圍所記載的發明及其均等的範圍內。

1:成膜裝置 10:載台 20:腔室 21:鋁層 30:濺鍍靶 31:靶 32:接合材 33、330:背板 40:冷卻槽 50:磁鐵 100:半導體基板 101:膜 201:交流電源 203:直流電源 204:冷卻水 202:稀有氣體 331:第一部分 332:第二部分 333:金屬板 334:被挖去的部分 X1-X1、X2-X2:切斷線 δ:翹曲量

圖1是概略地表示一實施方式的成膜裝置的結構的示意圖。 圖2A是一實施方式的背板的平面圖。 圖2B是沿著圖2A所示的切斷線X1-X1的剖面。 圖3是表示靶及背板的材料特性的表。 圖4A是表示背板33的製造步驟的一例的剖面圖。 圖4B是表示繼圖4A之後的製造步驟的剖面圖。 圖5A是比較例的背板的平面圖。 圖5B是沿著圖5A所示的切斷線X2-X2的剖面。 圖6A是未施加直流電力的比較例的背板的剖面圖。 圖6B是被施加了直流電力的比較例的背板的剖面圖。 圖7是表示背板的直流電力與翹曲量的關係的圖表。

33:背板

331:第一部分

332:第二部分

X1-X1:切斷線

Claims (12)

1. 一種成膜裝置，包括：靶，包含成膜材料； 背板，與所述靶接合；以及 磁鐵，配置於所述背板的上方， 所述背板具有與所述磁鐵相向的第一部分、以及由所述磁鐵產生的磁場強度比所述第一部分低的第二部分，所述第一部分中所含的第一材料的熱傳導率高於所述第二部分中所含的第二材料的熱傳導率，且所述第二材料的楊氏模量大於所述第一材料的楊氏模量。
2. 如請求項1所述的成膜裝置，其中，所述第二材料是所述楊氏模量大於300 GPa的金屬或合金。
3. 如請求項1所述的成膜裝置，其中，所述第一材料是包含銅及鋁中的至少一個的金屬。
4. 如請求項2所述的成膜裝置，其中，所述第二材料是包含鉬及鎢中的至少一個的金屬。
5. 如請求項1所述的成膜裝置，其中，所述第二材料與所述成膜材料之間的熱膨脹率之差小於所述第一材料與所述成膜材料之間的熱膨脹率之差。
6. 如請求項1所述的成膜裝置，其中，所述磁鐵以所述背板的中心為軸進行旋轉， 所述第一部分與所述磁鐵的旋轉軌跡相向。
7. 如請求項5所述的成膜裝置，其中，所述第一部分的平面形狀為圓環狀。
8. 如請求項7所述的成膜裝置，其中，所述第二部分具有與所述第一部分內接的內接區域、以及與所述第一部分外接的外接區域，所述內接區域為圓形，所述外接區域為圓環狀。
9. 如請求項1所述的成膜裝置，其中，所述成膜材料為矽。
10. 如請求項1所述的成膜裝置，其中，所述靶藉由包含銦的接合材而接合於所述背板。
11. 一種濺鍍靶，包括：靶，包含成膜材料；以及 背板，與所述靶接合， 所述背板具有第一部分、以及磁場強度比所述第一部分小的第二部分，且所述第一部分中所含的第一材料的熱傳導率高於所述第二部分中所含的第二材料的熱傳導率，且所述第二材料的楊氏模量大於所述第一材料的楊氏模量。
12. 一種半導體裝置的製造方法，對與包含成膜材料的靶接合的背板施加直流電力或交流電力，並且自配置於所述背板的上方的磁鐵產生磁場，藉此在配置於所述靶的下方的半導體基板形成包含所述成膜材料的膜，其中， 於所述背板形成有第一部分、以及由所述磁鐵產生的磁場強度比所述第一部分低的第二部分，所述第一部分由具有比所述第二部分高的熱傳導率的第一材料形成，所述第二部分由具有比所述第一材料大的楊氏模量的第二材料形成。

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