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（deposition rate），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(shuō)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。
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(guò)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(guò)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。
相關(guān)鏈接
