CN101161855A - 用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶。它的上、下法兰(15，16)内置有相通的冷却水槽(13，9)，进、出水管(1，2)隔断冷却水槽(9)且与其相焊接，上法兰(15)上端部与靶材安装罩(12)旋接、腔体中置有磁铁托(10)和磁铁(11)、下端面与下法兰(16)间置有位于内、外层刀口(7，8)处的金属密封圈(17，18)，并经螺钉(14)固定，小法兰(21)焊接于出水管(2)外，其与屏蔽罩(19)和基座法兰(22)间置有绝缘片(4，6)、且与贯通有抽气管(3)的基座法兰(22)间置有两只○型胶圈(23，24)，并经其外套装绝缘套筒(5)的螺钉(20)固定。它的真空度高达6×10－8Pa，可实现高质量高纯度金属或非金属薄膜的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁控溅射阴极靶，尤其是用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶。
背景技术
随着半导体器件特别是半导体集成电路技术的快速发展，半导体表面接触金属电极的制备和半导体表面的钝化工艺显得尤为重要。采用磁控溅射工艺制备上述金属和非金属薄膜是最常用的技术手段之一，其特点是工艺稳定，膜厚度易于控制，能够提供高能粒子的淀积，成膜的致密性好，因而该工艺已成为半导体器件生产特别是集成电路制备的最常用技术。如在1989年1月11日公告的中国实用新型专利申请说明书CN 2030599U中披露的“一种平面磁控溅射靶”。它采用磁体密封罩内置有纯铁、磁体和冷却系统的结构。使用时，将其作为溅射设备的阴极置于真空室内，并经进水管对其中的冷却系统进行连续不断地供水。但是，这种溅射靶存在着不足之处，首先，磁体密封罩内装入纯铁、磁体和冷却系统后，若为焊接封装，则日后难以对装入其内的各部件进行必要的维修和更换，若为盖板式封装，则封装处极易发生漏气渗水现象；其次，作为阴极，需与溅射设备中的其它部件进行电气绝缘，而绝缘层均为非金属材料制成，这就无法使用焊接的方式来解决相互间的密封问题；再次，因其结构上的缺陷，使溅射设备的真空度最高只能达到10-6Pa，这将不能避免系统中的残余气体，如氧气、氮气、水蒸气与靶材发生反应，形成氧化物氮化物，从而提高了溅射金属膜的接触电阻或影响了钝化膜的纯度和致密度，进而制约着半导体器件、集成电路的电学性能和成品率；最后，始终置于冷却水中的磁体极易锈蚀，长期以往，难免使其的功效不受影响，最终将导致溅射设备整体的工作不稳定和使用、维修费用的增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种真空度高于10-6Pa，结构合理，使用维护方便的用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶。
所采用的技术方案包括屏蔽罩内的磁铁托、磁铁和水冷部件，特别是(a)所说水冷部件包含相连通的上法兰内置有的覆盖缠绕式冷却水槽、下法兰内置有的冷却水槽、进水管和出水管，其中，所说进水管套装于所说出水管中，且隔断所说下法兰冷却水槽并与其焊接连通连接，所说出水管与所说下法兰冷却水槽的余部焊接连通连接；(b)所说上法兰的上端部与靶材安装罩经其相互间的螺纹旋接、腔体中置有磁铁托和位于其上的磁铁、下端面与所说下法兰间置有两只金属密封圈，并经螺钉相固定连接，所说两只金属密封圈位于所说上法兰和所说下法兰上分别对称置有的内层刀口和外层刀口处；(c)所说出水管外焊接连接有小法兰，所说小法兰与所说屏蔽罩和基座法兰间均置有绝缘片、且与所说基座法兰间还置有两只○型胶圈，并经螺钉将其与所说屏蔽罩和所说基座法兰相固定连接，所说螺钉外套装有绝缘套筒，所说两只○型胶圈间的基座法兰上贯通有抽气管。
作为技术方案的进一步改进，所述的金属密封圈为无氧铜密封圈或铝丝密封圈或银丝密封圈；所述的绝缘片为聚四氟片；所述的○型胶圈为维通型(Viton)氟橡胶圈；所述的绝缘套筒为聚四氟套筒。
相对于现有技术的有益效果是，其一，由上、下法兰内分别置有相通的覆盖缠绕式冷却水槽和冷却水槽，以及进、出水管隔断冷却水槽且与其相焊接而构成的水冷部件，既保证了冷却水的输送、冷却作用的正常发挥和冷却系统的密封度，又完全地隔绝了磁铁与冷却水的直接接触，杜绝了磁铁的锈蚀，保证了磁铁的品质长期不变，还能通过进、出水管与由上、下法兰和磁铁等共同构成的阴极体进行电连接；其二，磁铁托和位于其上的磁铁被置于上法兰的腔体中，上法兰的上端部与靶材安装罩经其相互间的螺纹旋接、下端面与下法兰上端面经螺丝相固定连接，且于两者间置有两只金属密封圈，而这两只金属密封圈又位于上、下法兰上分别对称设置的内、外层刀口处，不仅确保了上、下法兰间的密封度，还便于磁铁的维修和更换，以及靶材的安装、拆卸和固定，同时也使两者间的接触电阻为零；其三，由上、下法兰和磁铁、靶材安装罩等共同构成的阴极靶，因其均为金属结构，故不需拆卸即可直接带靶烘烤至200℃，极大地加速和提升了磁控溅射靶的使用真空度，大大地降低了溅射设备的使用成本；其四，在出水管外焊接的小法兰的两侧分别设置绝缘片及两只○型胶圈后，再分别与屏蔽罩、基座法兰经螺钉将其相固定连接，并在螺钉外套装有绝缘套筒和于两只○型胶圈间的基座法兰上贯通抽气管，除实现了作为阴极的上、下法兰与作为接地端的基座法兰之间的电气绝缘之外，还确保了相互间的密封度，避免了在超高真空系统中电极的引入必须使用金属陶瓷焊接密封的弊端，降低了制造和使用的成本。两只○型胶圈间的基座法兰上的抽气管，将其相互间形成的腔室内的气体提前直接抽出，大大地减小了腔室内的残存气体和○形密封圈自身的出气率对真空室超高真空的影响，同时也大大地降低了真空室内外于两只○形密封圈处的大气压力梯度；其五，将其置于溅射设备的真空室内，溅射设备的真空度可达6×10-8Pa，比现有的溅射靶的真空度提高了两个数量级，可用于直流和射频等多种溅射工艺，能够实现高质量高纯度金属或非金属薄膜的制备。
作为有益效果的进一步体现，一是绝缘片和绝缘套筒均采用聚四氟材料，其优良的绝缘特性和极低的出气率既保证了阴极靶与基座法兰间的电气绝缘，又不会影响超高真空的获得；二是两只○形密封圈均选用维通型氟胶圈，其出气率极低的特点初步奠定了获取超高真空的基础。
附图说明
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
图1是本发明的一种基本结构剖面示意图。
具体实施方式
参见图1，由相连通的上法兰15内置有的覆盖缠绕式冷却水槽13、下法兰16内置有的冷却水槽9、进水管1和出水管2构成水冷部件；其中，进水管1套装在出水管2中，且隔断冷却水槽9并与其焊接连通连接，出水管2与冷却水槽9的余部焊接连通连接。上法兰15的腔体中置有由软铁制成的磁铁托10和位于其上的磁铁11、上端部与靶材安装罩12经其相互间的螺纹旋接、下端面与下法兰16间置有两只金属密封圈(17，18)，并经螺钉14相固定连接。两只金属密封圈(17，18)为无氧铜密封圈，其分别位于上法兰15和下法兰16上分别对称置有的内层刀口7和外层刀口8处。小法兰21焊接连接于出水管2外，其与内置靶材安装罩12、上法兰15、下法兰16等的屏蔽罩19和基座法兰22间均置有绝缘片(4，6)、且与基座法兰22间还置有两只○型胶圈(23，24)，并经螺钉20将其与屏蔽罩19和基座法兰22相固定连接；其中，绝缘片(4，6)为聚四氟片，○型胶圈(23，24)为维通型氟橡胶圈。螺钉20外套装有绝缘套筒5，两只○型胶圈(23，24)间的基座法兰22上贯通有抽气管3；其中的绝缘套筒5为聚四氟套筒。
使用时，只需将基座法兰22装于真空室的对应法兰上，抽气管3与真空泵相接通即可。若在本发明上安装高纯铝靶，溅射设备使用直流溅射电源，就可制作出银白色铝膜；该铝膜没有暗浑浊区域、反光度好和可焊性强，极大地提高了器件的性能。若在本发明上安装高纯氧化硅靶，溅射设备使用射频电源，通入氩气作为溅射气体，就可制作出性能优良的氧化硅薄膜。若在本发明上安装高纯硅靶，溅射设备使用射频电源，通入氩气和氮气的混合气作为溅射气体，就可制作出高纯氮化硅钝化膜。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶，包括屏蔽罩(19)内的磁铁托(10)、磁铁(11)和水冷部件，其特征在于：
(a)所说水冷部件包含相连通的上法兰(15)内置有的覆盖缠绕式冷却水槽(13)、下法兰(16)内置有的冷却水槽(9)、进水管(1)和出水管(2)，其中，所说进水管(1)套装于所说出水管(2)中，且隔断所说冷却水槽(9)并与其焊接连通连接，所说出水管(2)与所说冷却水槽(9)的余部焊接连通连接；
(b)所说上法兰(15)的上端部与靶材安装罩(12)经其相互间的螺纹旋接、腔体中置有磁铁托(10)和位于其上的磁铁(11)、下端面与所说下法兰(16)间置有两只金属密封圈(17，18)，并经螺钉(14)相固定连接，所说两只金属密封圈(17，18)位于所说上法兰(15)和所说下法兰(16)上分别对称置有的内层刀口(7)和外层刀口(8)处；
(c)所说出水管(2)外焊接连接有小法兰(21)，所说小法兰(21)与所说屏蔽罩(19)和基座法兰(22)间均置有绝缘片(4，6)、且与所说基座法兰(22)间还置有两只O型胶圈(23，24)，并经螺钉(20)将其与所说屏蔽罩(19)和所说基座法兰(22)相固定连接，所说螺钉(20)外套装有绝缘套筒(5)，所说两只O型胶圈(23，24)间的基座法兰(22)上贯通有抽气管(3)。
2.根据权利要求1所述的用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶，其特征是金属密封圈(17，18)为无氧铜密封圈或铝丝密封圈或银丝密封圈。
3.根据权利要求1所述的用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶，其特征是绝缘片(4，6)为聚四氟片。
4.根据权利要求1所述的用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶，其特征是O型胶圈(23，24)为维通型氟橡胶圈。
5.根据权利要求1所述的用于超高真空系统的磁控溅射阴极靶，其特征是绝缘套筒(5)为聚四氟套筒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090923 Termination date: 20111014 |