专利名称:一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,具体地讲它是一种新 型的克服微波溅射台金属靶中毒从而实现反应溅射的金属靶装置,它直接使用纯金属靶进 行反应溅射,并同时能够防止金属靶中毒,它是对现有的微波反应溅射工艺及装置的改进, 它属于金属淀积技术领域。
背景技术:
为了实现金属化合物的沉积,自上个世纪50年代起美国利用金属溅射粒子与活 性气体进行等离子化学反应,试图淀积金属化合物,实现反应溅射,但因为活性气体首先与 金属靶反应,在金属靶靶面生成结合力良好、绝缘、高硬度的化合物,致使金属溅射停止;甚 至因为绝缘靶面静电荷不断积累电压升高,诱发强烈弧光放电烧损靶和溅射电源,即所谓 的靶中毒。靶的正反两面起辉溅射是不合理的,因为反面溅射不但浪费靶材,浪费能源,而 且造成“附壁效应”,污染炉壁。为了实现使用纯金属靶溅射生成金属化合物,科学家在半个 多世纪以来不停攻关,可惜一直未能够有效解决靶中毒这一难题,反应溅射变成了一种难 于实现的希望。而作为宽带系半导体的金属化合物是科技发展的基本材料,当反应溅射无法实现 时只能够采用其它办法解决。一种方法是使用金属有机物热分解与活性气体间的化学反 应生成金属化合物进行沉积(MOCVD),该方法可以获得单晶膜,但是金属有机物价格高昂、 剧毒,所用设备复杂、能耗高、尾气需要处理;从技术流程上看也不尽合理,金属需要先变为 有机物,这一步即危险又困难,这是因为进入炉内再热分解出金属,可能同时分解产生的碳 一旦进入膜材料之中就会成为无意识掺杂,直接影响膜质。另一种方法是先制造金属化合 物靶,使用射频(13. 56MHz)方法溅射对靶,它虽然克服了靶面积累积静电荷造成的弧光放 电,可以获得金属化合物膜,但是陶瓷靶制造极为困难,因为成品率极低使其成本极高,至 今国产化困难,仍需进口 ;而溅射粒子中的易挥发成分的丢失需要补充,造成工艺控制困 难,膜成分不稳定;射频给予粒子的能量在IOOeV以上,其轰击将造成基底和膜的晶格畸 变;当对靶之间倒相时积累的静电荷被中和但也造成能量的损失,因此溅射效率也损失一 半;而且陶瓷靶溅射率远低于金属靶,也是低效率的主要原因。当前最经常使用的磁控溅射 法,因为靶中毒而不能够进行反应溅射,只有与射频相结合才能够使用陶瓷靶溅射获得化 合物膜,这使设备成本提高,结构复杂,基片只能够放置在与靶近距离(5 8mm)内,因此容 易发生结合力不佳,“发雾”等弊病;虽然前述工艺方法的缺点在磁控溅射法中依然继承下 来,但因为其成膜速率较高,又能够大面积成膜,也适合微米级厚度膜的沉积,所以它们依 然是当前镀膜的主要方法之一。
发明内容
本发明的目的就在于克服和避免已有技术的缺点和不足,而提供一种防止微波反 应溅射台靶中毒的金属靶装置,它直接适用于纯金属靶的反应溅射,并同时能够防止金属靶中毒,即达到靶背不起辉的目的。本发明是采用以下技术措施来实现其发明目的的。一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,它是由两只半圆弧状的金属靶相 对安置构成,在金属靶的外围安置一个圆筒。所述的圆筒套在两只金属靶之外,与金属靶曲率相同,与金属靶相隔相同的间距。所述的半圆弧状金属靶的内直径可以选为140 160mm,厚度可以选为6 8mm, 两只半圆弧状金属靶的端头相隔可以选为10 30mm距离,所述的圆筒与金属靶相隔的间 距可以选为均勻的1. 5 2. 5mm。在圆筒与金属靶之间还可固定安置有隔离钉。所述的圆筒应为金属材料,其高度与金属靶的高度相同。所述的隔离钉为非导电体,在圆筒与金属靶之间均勻排布。更为优选的方案是所述的金属靶的内直径为150mm,厚度为7mm,两只半圆弧状金 属靶的端头相隔有20mm距离,圆筒与金属靶相隔的间距为均勻的2mm。实施本发明的效果是显著的,即金属靶与圆筒之间没有起辉、拉弧的迹象,溅射炉 炉壁也没有溅射附着物,金属靶内壁起辉正常,输入氮气氛,金属靶内壁呈氮化色,即银灰 色,而基片沉积物也正常,在硅片、玻璃、聚酯镜片上很容易成膜。
图1为本发明的结构俯视图。图2为沿图1中A-A方向的结构剖视图。如图所示,其中1为圆筒;2为半圆弧状的金属靶;3为隔离钉;D为半圆弧状金属 靶的内直径;H为半圆弧状金属靶的内直径厚度;h为圆筒厚度;L为两只半圆弧状金属靶 的端头相隔间距;M为圆筒与金属靶相隔的间距。
具体实施例方式下面结合附图所示实施例对本发明作进一步的描述。本实施例是由两只半圆弧状的金属靶2相对安置构成,两只半圆弧状的金属靶2 在同一个圆周上,两只半圆弧状金属靶2的端头相隔相同的间距L,在金属靶2的外围安置 一个圆筒1。圆筒1套在两只金属靶2之夕卜,与金属靶2曲率相同,与金属靶相隔相同的间距M。半圆弧状金属靶2的内直径D可以选为140 160mm,厚度H可以选为6 8mm, 两只半圆弧状金属靶2的端头相隔距离L可以选为10 30mm,圆筒1与金属靶2相隔的间 距M可以选为均勻的1. 5 2. 5mm。在圆筒1与金属靶2之间还固定安置有隔离钉3,隔离钉3均勻居中分布。圆筒1应为金属材料,其高度与金属靶2的高度相同。隔离钉3为非导电体,在圆筒1与金属靶2之间均勻排布。更为具体的方案是所述的金属靶2的内直径D为150mm,厚度H为7mm,两只半圆 弧状金属靶2的端头相隔距离L为20mm,圆筒1与金属靶2相隔的间距M为均勻的2mm。本发明的工作原理是这样的辉光放电最重要的是阴极暗区,它是一个等离子区,Y电子在该区内获得最大的电压降,即获得足够的能量电离轰击气体分子,所获得的正离 子(如氩离子)对靶进行溅射,最终使靶金属粒子脱离靶面进入等离子区。如果在阴极暗 区遇到障碍,Y电子被吸收,后续的一切等离子反应全部无法进行,辉光将熄灭,溅射停止。 由此可知,在金属靶背部放置障碍物,破坏阴极暗区就可以使靶背不起辉。本发明的圆筒1 就起到这个障碍物的作用,圆筒1套在两只半圆弧状金属靶2的外围,与金属靶2靶背曲率 相同,与金属靶2的距离M为均勻的2mm,恰恰将金属靶2的阴极暗区全部破坏,这个圆筒1 也称之为屏蔽筒。两只半圆弧状金属靶2的内直径D为150mm,厚度H为7mm,间隔距离L为20mm, 而且相互绝缘,外接交流电。而圆筒1为虚浮电位,即不接电、不接零、不接地,仅起到破坏 阴极暗区和吸收Y电子的作用。但是,在安装圆筒1时稍有偏斜它便会碰到炉壁(等于接 地)或碰到电极(等于接电),造成高电压下的短路,引发强烈的弧光放电,烧坏输电器甚至 电源或灭弧线路。为此,本发明设计了隔离钉3,隔离钉3使炉壁、金属靶2与圆筒1之间的 间距M固定,而隔离钉3不因辉光渗入靶背溅射而导电,劣化其隔离作用。当然若安装精度 准确牢固,金属靶2与圆筒1之间也可以省略隔离钉3,保证金属靶2与圆筒1之间间距相 等,彼此互不碰触连通即可。本发明的积极效果是显而易见的,在经过试验后,拆卸金属靶2、圆筒1进行检查, 发现金属靶2的背部与圆筒1之间没有起辉、拉弧的迹象,炉壁和金属靶2也没有溅射附着 物。金属靶2内壁起辉正常,输入氮气氛,金属靶2内壁呈氮化色,即银灰色,而基片沉积物 也正常,在硅片、玻璃上很容易成膜,在将聚酯镜片放入溅射平台内,托盘不加热就沉积上 金属铁,效果非常显著。本发明的优点是节约金属靶材料50%;节约轰击能量50%;大大减少附壁效应,即 降低炉壁污染;提高沉积速率一倍,除仍然适合纳米膜的沉积外,也能够沉积微米膜。本发明的适用范围适合贵金属及昂贵靶金属的沉积;可以获得金属化合物的反 应溅射,即只要能够将金属制成弧形靶溅射,并通入与之反应的活性气体,就能够得到相应 的金属化合物膜,不再使用昂贵的陶瓷靶,可以解决半导体芯片中的纳米级特征尺寸的金 属互连及抗蚀问题。
权利要求
1.一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,它是由两只半圆弧状的金属靶相对 安置构成,其特征在于在金属靶的外围安置一个圆筒。
2.根据权利要求1所述的一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,其特征在于 所述的圆筒套在两只金属靶之外,与金属靶曲率相同,与金属靶相隔相同的间距。
3.根据权利要求1或2所述的一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,其特征 在于所述的半圆弧状金属靶的内直径为140 160mm,厚度为6 8mm,两只半圆弧状金属 靶的端头相隔有10 30mm距离。
4.根据权利要求3所述的一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,其特征在于 所述的圆筒与金属靶相隔的间距为均勻的1. 5 2. 5mm。
5.根据权利要求4所述的一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,其特征在于 在圆筒与金属靶之间固定安置有隔离钉。
6.根据权利要求5所述的一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,其特征在于 所述的圆筒为金属材料,其高度与金属靶的高度相同。
7.限据权利要求6所述的一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,其特征在于 所述的隔离钉为非导电体,在圆筒与金属靶之间均勻排布。
8.根据权利要求7所述的一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,其特征在于 所述的金属靶的内直径为150mm,厚度为7mm,两只半圆弧状金属靶的端头相隔有20mm距 离,圆筒与金属靶相隔的间距为均勻的2mm。
全文摘要
本发明涉及一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置,它属于金属淀积技术领域。本发明是由两只半圆弧状的金属靶相对安置构成,在金属靶的外围安置一个圆筒。本发明能够使金属靶与圆筒之间没有起辉、拉弧的迹象,溅射炉炉壁及金属靶也没有溅射附着物,金属靶内壁起辉正常,实施本发明节约金属靶材料50%;节约轰击能量50%;大大减少附壁效应,即降低炉壁污染;提高沉积速率一倍,除仍然适合纳米膜的沉积外,也能够沉积微米膜。
文档编号C23C14/34GK102071400SQ20111003870
公开日2011年5月25日 申请日期2011年2月11日 优先权日2011年2月11日
发明者张敬祎 申请人:张敬祎