[go: up one dir, main page]

RU2352684C1 - Вольфрам-титановая мишень для магнетронного распыления и способ ее получения - Google Patents

Вольфрам-титановая мишень для магнетронного распыления и способ ее получения Download PDF

Info

Publication number
RU2352684C1
RU2352684C1 RU2007129700/02A RU2007129700A RU2352684C1 RU 2352684 C1 RU2352684 C1 RU 2352684C1 RU 2007129700/02 A RU2007129700/02 A RU 2007129700/02A RU 2007129700 A RU2007129700 A RU 2007129700A RU 2352684 C1 RU2352684 C1 RU 2352684C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tungsten
titanium
target
disk
cast
Prior art date
Application number
RU2007129700/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Вадим Георгиевич Глебовский (RU)
Вадим Георгиевич Глебовский
Евгений Дмитриевич Штинов (RU)
Евгений Дмитриевич Штинов
Олег Савельевич Кочетов (RU)
Олег Савельевич Кочетов
Original Assignee
Вадим Георгиевич Глебовский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вадим Георгиевич Глебовский filed Critical Вадим Георгиевич Глебовский
Priority to RU2007129700/02A priority Critical patent/RU2352684C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2352684C1 publication Critical patent/RU2352684C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Изобретение относится к вольфрам-титановым мишеням для магнетронного распыления и способам их получения и может быть использовано в микроэлектронике. Согласно способу осуществляют глубокое вакуумное рафинирование многократным переплавом вольфрама и титана с получением поликристаллических слитков титана и монокристаллов вольфрама. Далее из поликристаллического слитка титана изготавливают диск, в котором в распыляемой зоне по двум концентрическим окружностям в шахматном порядке сверлят отверстия и прессовой посадкой крепят в них литые цилиндрические вставки из монокристаллов вольфрама, предварительно подвергнутых шлифовке и резке на мерные длины. Мишень, полученная указанным способом, состоит из литого диска из высокочистого титана и литых цилиндрических вставок из высокочистого монокристаллического вольфрама, расположенных в распыляемой зоне диска по двум концентрическим окружностям в шахматном порядке. При этом соотношение площадей на поверхности мишени, занимаемых вольфрамом и титаном, обеспечивает получение пленок при магнетронном распылении состава 35-40 ат.% титана, остальное вольфрам. Технический результат - повышение качества и надежности наносимых пленок барьерного слоя вольфрам-титанового сплава. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к области производства распыляемых металлических мишеней для микроэлектроники. В технологии производства кремниевых сверхбольших интегральных схем (СБИС) сплавы вольфрама с титаном используют в качестве диффузионных барьерных слоев между кремниевой подложкой и металлизацией из алюминиевых сплавов. Вольфрам-титановые тонкопленочные барьеры изготавливают путем распыления вольфрам-титановых мишеней. Такие мишени производят путем смешивания исходных порошков вольфрама и титана с последующим нагревом и прессованием.
Наиболее близким к заявленному объекту является патент США №5896553 от 20.04.1999 (прототип), в котором описаны однофазные вольфрам-титановые распыляемые мишени и способ их производства, заключающийся в смешивании порошков вольфрама и титана и прессовании при температуре, давлении и выдержке, достаточных для достижения взаимного твердого раствора вольфрама и титана с образованием бета-фазы. К недостаткам прототипа следует отнести следующее:
- Изделие получают в результате комплекса операций, включающих прессование и отжиг смеси порошковых материалов, что чревато сохранением или внесением неконтролируемых примесей, в том числе углерода, кислорода и азота, т.е. примесный состав мишени предопределен самим способом изготовления.
- Затруднено достижение минимальной пористости материала мишени. Произведенная по описанию мишень имеет удельную плотность, составляющую 90-95% от теоретической, в результате при эксплуатации наблюдается нестабильность распыления, вспучивание мишени из-за газовыделения из объема и образование столбчатой микроструктуры в напыленных вольфрам-титановых пленках.
- Получение однофазных мишеней с бета-фазой трудно достижимо. При производстве распыляемых вольфрам-титановых мишеней, в силу проходящих взаимных диффузионных процессов, равновесие в реальном времени не достигается никогда, поэтому вольфрам и титан распределены неравномерно, микроструктура получается многофазной и все это отрицательно сказывается на качестве напыленных барьерных слоев.
- Использование высокого давления (до 40 kpsi) в сочетании с высокими температурами (до 1650°С) в атмосфере инертного газа или в вакууме в течение 3-6 часов приводит к чрезвычайному аппаратному и технологическому усложнению и удорожанию всего процесса изготовления мишеней.
Техническая задача - повышение качества и надежности барьерных слоев вольфрам-титанового сплава путем использования мишеней для магнетронного распыления, полученных методами вакуумной металлургии. В этом случае распылению подвергают литые мишени с удельной плотностью 100%, не имеющие недостатков, присущих металлокерамическим мишеням. Вариантами процесса может быть применение мишеней, составленных из литых блоков высокочистых вольфрама и титана, либо одновременное распыление (со-распыление) двух литых мишеней из вольфрама и титана высокой чистоты. Последний случай интересен возможностью получения вольфрам-титановых пленок любого состава за счет выбора скорости и времени осаждения для каждого металла. Этот метод использован авторами для отработки режимов получения пленок с оптимальными электрофизическими параметрами. Стремление обеспечить максимальную чистоту исходных материалов мишеней привело к разработке конструкции составной мишени. При этом использованы результаты, полученные авторами при со-распылении двух литых мишеней. Составная вольфрам-титановая мишень представляет собой плоское основание из высокочистого титана с цилиндрическими вставками из монокристаллического вольфрама высокой чистоты. При этом для изготовления слитков титана использовали двойной электронно-лучевой переплав в высоком вакууме, монокристаллы вольфрама получали методом электронно-лучевой зонной плавки в высоком вакууме с рафинированием за несколько жидкофазных проходов расплавленной зоной. На титановом диске, изготовленном из поликристаллического слитка, в распыляемой зоне (зоне эрозии) по двум концентрическим окружностям в шахматном порядке сверлили отверстия, в которые запрессовывали вольфрамовые цилиндрические вставки из шлифованного по диаметру и разрезанных на мерные длины монокристалла.
На фиг.1 представлен общий вид составной мишени для реализации заявленного способа: 1 - титановый диск, 2 - вставки из монокристалла вольфрама в количестве 56 штук. Вольфрамовые вставки определенного диаметра и количества размещали так, чтобы на распыляемой поверхности мишени в зоне эрозии соотношение площадей участков вольфрама и титана соответствовало требуемому соотношению в вольфрам-титановых пленках.
ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА
Реализация варианта получения вольфрам-титановых пленок с заданным соотношением компонентов со-распылением двух мишеней проводили с целью определения оптимальных режимов распыления и оптимального соотношения элементов в диффузионных барьерных слоях, когда наблюдается наименьшая взаимная растворимость на границе с алюминиевой металлизацией, достигается высокая термостойкость слоя в сочетании с низким удельным электросопротивлением, высокой адгезией и оптимальными механическими свойствами барьерного слоя. Мишени, представляющие собой плоские диски диаметром 78 мм, изготавливали из поликристаллических слитков высокочистых титана и вольфрама. Осаждение пленок проводили на установке магнетронного распыления с раздельными магнетронами. Проведенные эксперименты показали, что скорости осаждения обоих металлов линейно зависят от мощности разряда. В экспериментах определяли мощность распыления каждой из двух мишеней, необходимой для получения вольфрам-титановых пленок с заданным соотношением вольфрам/титан. Для оценки качества нанесенных пленок по величине поверхностного сопротивления и толщине пленок проводили измерения удельного электросопротивления. На фиг.2 представлена зависимость удельного электросопротивления пленок от соотношения титана и вольфрама (фиг.2, точки А, 1, 2, 3, 4, 5, 6, В). При нанесении на той же установке и в аналогичных условиях вольфрам-титановых слоев распылением металлокерамической мишени, полученной методом порошковой металлургии с использованием высокочистых исходных порошков и исключением внесения загрязняющих примесей на этапах изготовления мишени, удельное электросопротивление составляло 130 мкОм. см (фиг.2, точка С). В пленках того же состава, полученной со-распылением двух литых мишеней из высокочистых вольфрама и титана, удельное электросопротивление было 62 мкОм. см (фиг.2, точка Е), т.е. в два раза ниже.
Следует отметить структурные особенности пленок, полученных распылением порошковых и литых мишеней. Порошковые мишени могут быть распылены только при небольшой мощности (<1 кВт) вследствие газовыделения и вспучивания при разогреве мишени до 300°С в процессе магнетронного распыления. На фиг.3 представлена схема поперечного сечения системы с барьерным вольфрам-титановым слоем. При малых скоростях образуется столбчатая структура. Поры декорируют границы столбцов (кристаллитов), состоящих из плотной сердцевины (матрицы W(110) с микровключениями титана), окруженной менее плотным, пористым материалом. Такая структура резко снижает барьерные свойства пленки: при отжиге вольфрам диффундирует в алюминий с образованием WAl12, а алюминий - в вольфрам-титановую пленку с образованием TiAl3. Литые мишени распыляли при высоких скоростях (мощность >3 кВт), при этом газовыделения и вспучивания не происходит, а микроструктура пленок характеризуется высокой дисперсностью с размером зерен 10-20 нм.
Основываясь на результатах, полученных со-распылением двух мишеней, предложена составная мишень (фиг.4), подвергнутая испытаниям с целью изучения воспроизводимости состава и свойств вольфрам-титановых пленок. На фиг.4 представлена составная мишень: а - новая мишень, б - мишень, выработанная на 20%. Распыление проводили на промышленной установке «Оратория-5» в среде аргона. Скорость нанесения пленок 1,8±0,1 нм. с-1. Пленки осаждали на кремниевые пластины, предварительно нагретые до 250°С. Толщина пленок 0,18±0,02 мкм, удельное электросопротивление - менее 5 Ом/□. Контролировали состав, структурные особенности, воспроизводимость состава по глубине слоя, электрофизические параметры. Спектральный анализ показал, что состав пленок, наносимых распылением составной мишени на различных этапах ее эксплуатации (в частности, в начальный период и после 145 рабочих циклов распыления, когда возникает эрозия зоны распыления) соответствует содержанию титана 35-40 ат.%, остальное вольфрам. Отклонение от данного соотношения в ходе эксплуатации мишени не превышало 2-3%. Удельное электросопротивление пленок при этом было на уровне 60-70 мкОм. см (фиг.2, точка Е). Итак, предлагаемая мишень сконструирована таким образом, что ее распыляемая поверхность имеет соотношение площадей, занимаемых титаном и вольфрамом, обеспечивающее получение вольфрам-титановых пленок требуемого соотношения, а именно 35-40 ат.% титана, остальное вольфрам.

Claims (3)

1. Способ производства вольфрам-титановой мишени для магнетронного распыления, включающий глубокое вакуумное рафинирование многократным переплавом вольфрама и титана с получением поликристаллических слитков титана и монокристаллов вольфрама, изготовление из поликристаллического слитка титана диска, в котором в распыляемой зоне по двум концентрическим окружностям в шахматном порядке сверлят отверстия и прессовой посадкой крепят в них литые цилиндрические вставки из монокристаллов вольфрама, предварительно подвергнутых шлифовке и резке на мерные длины.
2. Вольфрам-титановая мишень для магнетронного распыления, характеризующаяся тем, что она получена способом по п.1 и состоит из литого диска из высокочистого титана и литых цилиндрических вставок из высокочистого монокристаллического вольфрама, расположенных в распыляемой зоне диска по двум концентрическим окружностям в шахматном порядке.
3. Мишень по п.2, отличающаяся тем, что соотношение площадей на поверхности мишени, занимаемых вольфрамом и титаном, обеспечивает получение пленок при магнетронном распылении состава 35-40 ат.% титана, остальное вольфрам.
RU2007129700/02A 2007-08-03 2007-08-03 Вольфрам-титановая мишень для магнетронного распыления и способ ее получения RU2352684C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007129700/02A RU2352684C1 (ru) 2007-08-03 2007-08-03 Вольфрам-титановая мишень для магнетронного распыления и способ ее получения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007129700/02A RU2352684C1 (ru) 2007-08-03 2007-08-03 Вольфрам-титановая мишень для магнетронного распыления и способ ее получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2352684C1 true RU2352684C1 (ru) 2009-04-20

Family

ID=41017765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007129700/02A RU2352684C1 (ru) 2007-08-03 2007-08-03 Вольфрам-титановая мишень для магнетронного распыления и способ ее получения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2352684C1 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2392686C1 (ru) * 2009-07-17 2010-06-20 Вадим Георгиевич Глебовский Составная мишень для распыления и способ ее получения
RU2454482C2 (ru) * 2010-06-03 2012-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Способ получения составной мишени для распыления из сплава вольфрам-титан-рений
RU2454481C2 (ru) * 2010-06-03 2012-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Способ получения составной мишени для распыления из сплава вольфрам-титан-кремний
RU183138U1 (ru) * 2018-03-20 2018-09-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Составная мишень для получения нанокомпозитов при магнетронном распылении
RU2699702C1 (ru) * 2019-02-07 2019-09-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) Распыляемый блок магнетрона для осаждения пленок твердых растворов TixW1-xO3
RU2775446C1 (ru) * 2021-12-21 2022-06-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Способ получения тонких металлических пленок на основе вольфрама

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4915810A (en) * 1988-04-25 1990-04-10 Unisys Corporation Target source for ion beam sputter deposition
RU2068886C1 (ru) * 1991-06-10 1996-11-10 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Способ изготовления и реставрации мишени для магнетронного распыления в вакууме
US5896533A (en) * 1995-07-06 1999-04-20 Intel Corporation Accessing internets world-wide web through object linking and embedding technology
RU2210620C1 (ru) * 2001-12-21 2003-08-20 Ширяев Сергей Аркадьевич Способ ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленочных покрытий, мозаичная мишень для его осуществления и способ изготовления мишени

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4915810A (en) * 1988-04-25 1990-04-10 Unisys Corporation Target source for ion beam sputter deposition
RU2068886C1 (ru) * 1991-06-10 1996-11-10 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Способ изготовления и реставрации мишени для магнетронного распыления в вакууме
US5896533A (en) * 1995-07-06 1999-04-20 Intel Corporation Accessing internets world-wide web through object linking and embedding technology
RU2210620C1 (ru) * 2001-12-21 2003-08-20 Ширяев Сергей Аркадьевич Способ ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленочных покрытий, мозаичная мишень для его осуществления и способ изготовления мишени

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2392686C1 (ru) * 2009-07-17 2010-06-20 Вадим Георгиевич Глебовский Составная мишень для распыления и способ ее получения
RU2454482C2 (ru) * 2010-06-03 2012-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Способ получения составной мишени для распыления из сплава вольфрам-титан-рений
RU2454481C2 (ru) * 2010-06-03 2012-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Способ получения составной мишени для распыления из сплава вольфрам-титан-кремний
RU183138U1 (ru) * 2018-03-20 2018-09-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Составная мишень для получения нанокомпозитов при магнетронном распылении
RU2699702C1 (ru) * 2019-02-07 2019-09-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) Распыляемый блок магнетрона для осаждения пленок твердых растворов TixW1-xO3
RU2775446C1 (ru) * 2021-12-21 2022-06-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Способ получения тонких металлических пленок на основе вольфрама
RU236736U1 (ru) * 2024-12-27 2025-08-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) Составная мишень для магнетронного распыления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100760156B1 (ko) 탄탈륨 스퍼터링 타겟트
RU2352684C1 (ru) Вольфрам-титановая мишень для магнетронного распыления и способ ее получения
JP4885305B2 (ja) 焼結体ターゲット及び焼結体の製造方法
WO2004090193A1 (ja) タンタルスパッタリングターゲット及びその製造方法
WO2004027109A1 (ja) タンタルスパッタリングターゲット及びその製造方法
KR101452607B1 (ko) 스퍼터링 타깃
WO2004044259A1 (ja) Taスパッタリングターゲット及びその製造方法
JP5882248B2 (ja) Cu−Ga合金スパッタリングターゲット、同スパッタリングターゲット用鋳造品及びこれらの製造方法
US5896553A (en) Single phase tungsten-titanium sputter targets and method of producing same
CN104968828B (zh) Cu-Ga-In-Na靶
CN100443626C (zh) 单靶磁控溅射Cu1-xCrx合金薄膜的方法
KR100446563B1 (ko) 복합재료의 제조방법 및 그것에 의해 얻어지는 복합재료
JP5750393B2 (ja) Cu−Ga合金スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP4061557B2 (ja) 相変化膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法。
CN112111714A (zh) 一种钽铝合金溅射靶材的制备方法
JPWO2001068936A1 (ja) 複合材料の製造方法及びそれにより得られる複合材料
WO2025006859A1 (en) Metals and metal alloys for sputtering targets
KR101133029B1 (ko) 고순도 탄탈륨 판재 및 그 제조방법
JP3281173B2 (ja) 高硬度薄膜及びその製造方法
RU2356964C1 (ru) Способ производства распыляемых мишеней из литых дисилицидов тугоплавких металлов и устройство для его реализации
CN116496760B (zh) 一种具有多主元中/高熵合金镀覆层的超硬材料磨粒及其制备方法
JPH06128737A (ja) スパッタリングターゲット
JP2003171760A (ja) タングステンスパッタリングターゲット
CN114457314A (zh) 一种高纯钽靶材的制备方法
Wang et al. Relationship of interface microstructure and adhesion strength between Ti coating and diamond