高纯溅射钛靶材钛旋转靶的特点及表面处理工艺

制造的金属镀膜工艺中，日本的日矿材料公司生产高纯钛溅射靶、铜、钽、钴、钨、镍等高纯金属以及合金靶、钛硅化物靶等，供给全世界的半导体厂家。

高纯溅射钛靶材主要是用做铝配线的扩散阻挡层的氮化钛膜以及晶体管栅极的钛硅化物。前者是在溅射中通入氮气以形成氮化钛膜，后者是在硅上形成钛膜后由热处理得硅化物膜。

一般靶材在溅射初期特性不稳定，因此要用硅使硅试片的再生费用增大，因而需要开发预溅射时间短的靶材。溅射初期特性不稳定是由于靶材表面物理特性与内部不一致引起的，即靶材在机械加工时其表面形成了加工应变层以及极细小的加工屑的缘故。

对机械加工的钛靶表面进行了测量和分析，结果表明，表面的平均粗糙度约为2.5μm；扫描电镜(SEM) 观察发现表面存在许多片状钛微尘(加工屑) ； 用X射线衍射(XRD) 法来大致推算加工应变层的厚度约为50μm。因此，为了缩短预溅射时间，必须完全除去表面的加工应变层以及残存的片状钛屑。称作Sputter Ready(SR) 。该方法分3步进行， 首先除 去机械加工的应变层，然后除去上述工序引入的新的应变层，最后对靶材表面进行镜面抛光处理。这样总共要研磨去除约80μm厚。对经过该种表面处理的试样进行了表面粗糙度测定、SEM观察、XRD测定及研磨砂布引起的污染的测定。

表面粗糙度的测定结果表明：平均表面粗糙度约为0.25μm，约为机械加工表面粗糙度的1/10；SEM观察表面， 表面的机械加工痕迹已完全除去， 表面存在的片状钛微尘(加工屑)也已完全除去，未有发现研磨的伤痕； XRD测定的(002) 面半峰宽比机械加工的小，表明已除去了机械加工的应变层，但比电解加工表面的大，表明机械研磨引入了新的加工应 变层，因此，还要对靶材表面进行镜面抛光处理。对表面处理的试样进行洗净后用辉光放电光谱分析，结果表明，试样表面的Al，W，Co，Si的含量很低，可以确认其表面已是清洁的表面。

对表面处理的钛靶材进行实际的溅射试验评价，力为666.61Pa，基板与靶的距离为45mm，基板温度为150℃，用激光照射以检验钛靶表面有无微尘异物， 用OMNI Map RS-75仪测定镀膜硅片上49点的比电阻，用以进行膜厚均匀性的评价。结果表明，经SR处理的钛靶在溅射初期微尘颗粒约为30个，比机械加工的钛靶(约50个)要少，且在电功率达 9kW以上后，其表面残存的微尘颗粒仅十几个，表明经研磨处理可有效除去钛靶表面的片状钛屑。膜厚均匀性的评价表明，经SR处理的钛靶在溅射初期其膜厚均匀性就很稳定，膜厚偏差约2.3%；而机械加工的钛靶的溅射膜，其膜厚均匀性在电功率达10kW以上时仍不稳定，这是由于机械加工引起的加工应变层使得在溅射时溅射粒子的出射角度不一 致造成的。

近年来，半导体装置的内部配线材料由铝改为也由钛硅化物改用钴硅化物和镍硅化物。而上述开发的SR表面处理技术不仅适合于钛靶，对其它各种靶材的缩短溅射初期的预溅射时间也是有效的手段。

相关链接