CN101709454A - 一种旋转溅射靶及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转溅射靶及其制作方法。包括底座、竖直放置的金属内筒和套设在金属内筒外的圆筒形靶材，圆筒形靶材与底座之间相密封；在金属内筒内设置有第一加热器，在圆筒形靶材外套设有第二加热器；在金属内筒和圆筒形靶材达到低熔点金属的熔化温度后，在金属内筒与圆筒形靶材之间填充熔融状态的低熔点金属，然后冷却圆筒形靶材。本发明使得陶瓷圆筒形靶材与机械强度较高、易于密封与导电导热的金属衬底圆筒紧密可靠地接合，提高了陶瓷圆筒形靶材的利用率，具有放电稳定、使用功率高、镀膜效率高等优点；用垂直方法对旋转靶和衬底圆筒之间用低熔点金属进行粘接，解决了圆筒形靶材粘接的难点问题，操作简单方便。

Description

一种旋转溅射靶及其制作方法

技术领域

本发明涉及物理气相沉积磁控溅射薄膜技术，具体地说是一种旋转溅射靶及其制作方法。

背景技术

旋转圆筒形靶材以其高的圆筒形靶材利用率、放电稳定、使用功率高、镀膜效率高而受到磁控溅射镀膜业界的青睐。起先使用的主要是金属旋转圆筒形靶材，采用在较高熔点金属圆筒上浇铸圆筒形靶材金属的方法获得金属旋转靶。

发明专利名称：一种旋转磁控溅射靶，申请号：200710022277.4，公开了一种旋转磁控溅射靶，包括极靴、永磁体及中空圆柱圆筒形靶材，永磁体沿中空圆柱圆筒形靶材的轴向嵌于极靴内，所述极靴沿圆周方向在朝基体一侧120度范围内均匀设置三排永磁体，所述永磁体包括长永久磁条和短永久磁条，其中间位置布置短永久磁条，两侧位置各为一长永久磁条，所述中空圆柱圆筒形靶材的外周安装有屏蔽罩，所述屏蔽罩在永磁体面向基体的一面开有溅射口；所述长短磁条的极性相反，极化方向垂直于溅射阴极中心轴线，极靴两端的磁环与长短永久磁条构成闭合跑道形磁力线；工作放电时，朝向基体一侧的120度范围内构成一个封闭的沿轴向的跑道形放电轨迹对基体进行镀膜，背向基体的一侧无磁场控制。

上述专利公开的技术方案无法实现中空圆柱圆筒形靶材的制作。由于对膜性能提高的要求，在许多情况下，只有采用化合物陶瓷靶才可以取得更好的膜性能，更高的镀膜效率，更稳定、更均匀的膜层，更好的产品品质。然而对于陶瓷镀膜材料，因其导电、导热性能相对较差，材料呈脆性，易碎裂，必须用软金属将其粘接到金属阴极衬底上才能进行镀膜。因为操作上的难度，一般的陶瓷圆筒形靶材只能采用平面背板作为陶瓷圆筒形靶材的衬底，现有的发明多采用平面溅射圆筒形靶材结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供一种旋转溅射靶及其制作方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种旋转溅射靶的制作方法，包括底座、竖直放置在底座上金属内筒和套设在金属内筒外的圆筒形靶材，圆筒形靶材与底座之间相密封；在金属内筒内设置有将金属内简加热到低熔点金属熔化温度的第一加热器，在圆筒形靶材外套设有将圆筒形靶材加热到低熔点金属熔化温度的第二加热器；在金属内筒和圆筒形靶材达到低熔点金属的熔化温度后，在金属内筒与圆筒形靶材之间填充熔融状态的低熔点金属，然后冷却圆筒形靶材。

上述的第一加热器位于金属内筒的内部，第二加热器套设在需加热圆筒形靶材的外部，使第一加热器和第二加热器对应需加热的位置，通过第一加热器和第二加热器加热金属内筒和圆筒形靶材直至达到低熔点金属的熔点温度，便于金属内筒、圆筒形靶材和低熔点金属更好地粘接。在加热后的圆筒形靶材与金属内筒之间填充熔化的低熔点金属液体，然后冷却旋转溅射靶使低熔点金属凝固，使金属内筒与圆筒形靶材可靠地粘接。

在具体操作过程中，也可先将第二加热器远离金属内筒，单独加热圆筒形靶材至合适温度后，将高温的圆筒形靶材套上金属内筒。然后在金属内筒与圆筒形靶材之间注入熔化的低熔点金属；第一加热器与圆筒形靶材的位置是相对的，它可移动或固定，其目的是使金属内筒达到所需的粘接温度。

通过上述方法，可沿金属内筒的轴线粘接多段圆筒形靶材。在上述的金属内筒上粘接一段圆筒形靶材后，在该段圆筒形靶材片的上方排列下一段圆筒形靶材并密封下一段圆筒形靶材的下端。使第一加热器和第二加热器处于下一段圆筒形靶材对应的位置，并加热使下一段圆筒形靶材和金属内筒的温度高于低熔点金属的熔点温度，在下一段圆筒形靶材与金属内筒之间填充熔化的低熔点金属液体，通过加热器使金属内筒与圆筒形靶材可靠地粘接，冷却后下一段圆筒形靶材即粘接在金属内筒的外表面。

通过上述方法制作的一种旋转溅射靶，包括金属内筒和与其同轴心的圆筒形靶材以及设置在金属内筒和圆筒形靶材之间的低熔点金属粘接层；沿金属内筒的轴线，在金属内筒外表面粘接有至少一段圆筒形靶材。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

上述的低熔点金属为熔点低于600℃的金属或者熔点低于600℃的金属合金；上述的金属内筒为熔点高于600℃的金属或熔点高于600℃的合金；所述的圆筒形靶材为熔点高于600℃的金属、陶瓷或熔点高于600℃的合金。

上述的低熔点金属为铟、锡、锌中的一种金属或几种金属的合金。

上述的圆筒形靶材为掺杂铝、锗、镓、硼、锡中一种金属、金属氧化物或几种金属氧化物的氧化锌。

上述的圆筒形靶材为掺杂氧化锡的三氧化二铟。

上述的圆筒形靶材为氧化物陶瓷圆筒或非氧化物陶瓷圆筒。

上述的圆筒形靶材可为多个氧化物陶瓷靶材。

上述的每段的圆筒形靶材由多个金属、合金、氧化物陶瓷块或非氧化物陶瓷块拼接组成。

上述的第一加热器第一加热器位于金属内筒的内部以对所需的部位加热；第二加热器位于圆筒形靶材的外部，对应需加热的圆筒形靶材。

与现有技术相比，本发明的旋转溅射靶成本低、制作简单，同时使得陶瓷圆筒形靶材可与机械强度较高、易于密封与导电导热的金属衬底圆筒紧密可靠地接合，提高了陶瓷圆筒形靶材的利用率，具有放电稳定、使用功率高、镀膜效率高等优点；用垂直方法对旋转靶和衬底圆筒之间用低熔点金属进行粘接，解决了圆筒形靶材粘接的难点问题，操作简单方便。采用该方法粘接的旋转溅射靶接合面不易形成气孔等缺陷，圆筒形靶材工作稳定可靠，为镀膜质量提供了圆筒形靶材稳定性的保障；低熔点金属承担导电、导热、支撑圆筒形靶材筒的作用，控制圆筒形靶材与圆筒形靶材、圆筒形靶材与金属内筒之间的缝隙，使其不因加工和使用过程中不均匀热膨胀而损坏金属内筒。

附图说明

图1是本发明实施例旋转溅射靶的剖视结构示意图；

图2是本发明实施例的装置结构示意图；

图3是制作第一段旋转溅射靶的示意图；

图4是制作第二段旋转溅射靶的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1至图4所示为本发明的结构示意图。

其中的附图标记为：金属内筒1、圆筒形靶材2、下一段圆筒形靶材2a、低熔点金属3、低熔点金属粘接层3a、底座4、第一加热器5、第二加热器6。

实施例1

本实施例的旋转溅射靶的制作方法，如图3所示，包括底座4、竖直放置在底座4上金属内筒1和套设在金属内筒1外的圆筒形靶材2，圆筒形靶材2与底座之间相密封；在金属内筒1内设置有将金属内筒1加热到低熔点金属3熔化温度的第一加热器5，在圆筒形靶材2外套设有将圆筒形靶材2加热到低熔点金属3熔化温度的第二加热器6；使金属内筒1和圆筒形靶材2达到低熔点金属3的熔化温度后，在金属内筒1与圆筒形靶材2之间填充熔融状态的低熔点金属3，然后冷却圆筒形靶材2。

本实施例是先在底座4上竖直放置金属内筒1，将圆筒形的圆筒形靶材2套设在金属内筒1的外部，密封圆筒形靶材2与底座之间的缝隙；然后在金属内筒1的内部设置第一加热器5，在圆筒形靶材2的外部套设置第二加热器6，将第一加热器5和第二加热器6对应需加热的位置；通过加热器5和6加热金属内筒和圆筒形靶材使其温度达到粘接温度，同时通过另一加热器加热熔化低熔点金属，在圆筒形靶材2与金属内筒1之间填充熔化的低熔点金属3，然后冷却圆筒形靶材2。

通过上述方法，可沿金属内筒1的轴线粘接多段圆筒形靶材2。如图4所示，在金属内筒1上粘接一段圆筒形靶材2后，在该段圆筒形靶材2的上方排列下一段圆筒形靶材2a并密封下一段圆筒形靶材2a的下端。调整第一加热器5和第二加热器6的位置，加热金属内筒1和下一段圆筒形靶材2a。通过另一加热器加热熔化低熔点金属，将熔化的低熔点金属液体3注入缝隙，冷却后将下一段圆筒形靶材2a即粘接在金属内筒1的外表面。

在具体操作过程中，操作步骤也可略微更换，如可以是先将第二加热器6远离金属内筒1，单独加热圆筒形靶材2至合适温度后，将高温的圆筒形靶材2套上金属内筒1。然后在金属内筒1与圆筒形靶材2之间注入熔化的低熔点金属。

本实施例的旋转溅射靶的制作方法，具体包括以下步骤：

①清洁金属内筒1、去除氧化物，进行其他提高粘接力的预处理；

②将金属内筒1竖直设置，优选为将其轴线与水平面相垂直设置；

③如图2所示，在金属内筒1的下部套入圆筒形靶材2，并密封圆筒形靶材2的下端；

④在金属内筒1的内部和圆筒形靶材2的外部分别安置第一加热器5和第二加热器6，第一加热器5和第二加热器6对应需要粘接和预热的位置；

⑤通过另一加热器加热在容器中的低熔点金属直至低熔点金属3熔化；

⑥通过加热器加热金属内筒1和圆筒形靶材2直到高于低熔点金属的熔点温度，注入熔化的低熔点金属3；

⑦冷却旋转溅射靶，使低熔点金属凝固；

⑧在该段圆筒形靶材2的上方套设下一段圆筒形靶材2a，并密封下一段圆筒形靶材2a的下端；

⑨使第一加热器5和第二加热器6处于需要粘接和预热的位置；

⑩在金属内筒1外、第一段圆筒形靶材2与下一段圆筒形靶材2a之间形成密封；

通过加热器加热金属内筒1和下一段的圆筒形靶材2a，直至达到高于低熔点金属的熔点温度，注入熔化的低熔点金属3；

冷却旋转溅射靶，使低熔点金属凝固；

如图3所示，重复步骤8至12，将旋转溅射靶粘接到所需长度。

本实施例中的低熔点金属为铟；圆筒形靶材2为掺杂氧化铝的氧化锌。

如图2所示，底座4为圆环形，金属内筒1竖直放置在底座4上。底座4用于固定金属内筒1，同时第一段的圆筒形靶材2套设在金属内筒1外后，通过底座4密封圆筒形靶材2的底端。金属内筒1优选为与水平面垂直，也可略微倾斜。

第一加热器5设置在金属内筒1的内部，可上下升降使第一加热器处于需要加热的位置；第二加热器6套设置在圆筒形靶材2外，使第二加热器6处于需要加热的位置。通过第一加热器5与第二加热器6分别加热金属内筒1和圆筒形靶材2。通过另一加热器加热低熔点金属3。

如图1所示，通过本实施例的制作方法制作的旋转溅射靶，包括金属内筒1和与其同轴心的圆筒形靶材2以及设置在金属内筒1和圆筒形靶材2之间的低熔点金属粘接层3a。本实施例中，沿金属内筒1的轴线，在金属内筒1外表面粘接有三段圆筒形靶材2。低熔点金属粘接层3a承担导电、导热、支撑圆筒形靶材2的作用，控制圆筒形靶材2与金属内筒1之间的缝隙，使其不因加工和使用过程中不均匀热膨胀而损坏圆筒形靶材2。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，将低熔点金属替换成锡。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上，将低熔点金属替换成锌。

实施例4

本实施例在实施例1的基础上，将低熔点金属替换成以铟、锡、锌中任意两种金属的合金。

实施例5

本实施例在实施例1的基础上，将低熔点金属替换成铟、锡和锌三种金属的合金。

实施例6

本实施例在实施例1至5的基础上，将圆筒形靶材2替换成掺杂氧化锗的氧化锌靶材。

实施例7

本实施例在实施例1至5的基础上，将圆筒形靶材2替换成掺杂氧化镓的氧化锌靶材。

实施例8

本实施例在实施例1至5的基础上，将圆筒形靶材2替换成掺杂氧化硼的氧化锌靶材。

实施例9

本实施例在实施例1至5的基础上，将圆筒形靶材2替换成掺杂氧化锡的氧化锌靶材。

实施例10

本实施例在实施例1至5的基础上，将圆筒形靶材2替换成掺杂氧化锡的三氧化二铟靶材。

实施例11

本实施例在实施例1至5的基础上，将圆筒形靶材2替换成由氧化物陶瓷拼接组成的圆筒形靶材2。

实施例12

本实施例在实施例1至5的基础上，将圆筒形靶材2替换成由非氧化物陶瓷拼接组成的圆筒形靶材2。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种旋转溅射靶，其特征是：包括金属内筒(1)和与其同轴心的圆筒形靶材(2)以及设置在金属内筒(1)和圆筒形靶材(2)之间的低熔点金属粘接层(3a)；沿金属内筒(1)的轴线，在金属内筒(1)外表面粘接有至少一段圆筒形靶材(2)。

2.根据权利要求1所述的一种旋转溅射靶，其特征是：所述的圆筒形靶材(2)为金属、合金、氧化物陶瓷圆筒或非氧化物陶瓷圆筒。

3.一种旋转溅射靶的制作方法，其特征是：包括底座(4)、竖直放置在底座(4)上金属内筒(1)和套设在金属内筒(1)外的圆筒形靶材(2)，圆筒形靶材(2)与底座之间相密封；在金属内筒(1)内设置有将金属内筒(1)加热到低熔点金属(3)熔化温度的第一加热器(5)，在圆筒形靶材(2)外套设有将圆筒形靶材(2)加热到低熔点金属(3)熔化温度的第二加热器(6)；使金属内筒(1)和圆筒形靶材(2)达到低熔点金属(3)的熔化温度后，在金属内筒(1)与圆筒形靶材(2)之间填充熔融状态的低熔点金属(3)，然后冷却圆筒形靶材(2)。

4.根据权利要求3所述的一种旋转溅射靶的制作方法，其特征是：在金属内筒(1)上粘接一段圆筒形靶材(2)后，在该段圆筒形靶材(2)片的上方排列下一段圆筒形靶材(2a)并密封下一段圆筒形靶材(2a)的下端，在下一段圆筒形靶材(2a)与金属内筒(1)之间填充熔融状态的低熔点金属(3)，冷却后下一段圆筒形靶材(2a)即粘接在金属内筒(1)的外表面。

5.根据权利要求3或4所述的一种旋转溅射靶的制作方法，其特征是：所述的低熔点金属为熔点低于600℃的金属或者熔点低于600℃的金属合金；所述的金属内筒(1)为熔点高于600℃的金属或熔点高于600℃的合金；所述的圆筒形靶材(2)为熔点高于600℃的金属、陶瓷或熔点高于600℃的合金。

6.根据权利要求5所述的一种旋转溅射靶的制作方法，其特征是：所述的低熔点金属为铟、锡、锌中的一种金属或几种金属的合金。

7.根据权利要求5所述的一种旋转溅射靶的制作方法，其特征是：所述的圆筒形靶材(2)为掺杂铝、锗、镓、硼、锡中一种金属、金属氧化物或几种金属氧化物的氧化锌。

8.根据权利要求5所述的一种旋转溅射靶的制作方法，其特征是：所述的圆筒形靶材(2)为掺杂氧化锡的三氧化二铟。

9.根据权利要求5所述的一种旋转溅射靶的制作方法，其特征是：所述的圆筒形靶材(2)为氧化物陶瓷圆筒或非氧化物陶瓷圆筒。

10.根据权利要求5所述的一种旋转溅射靶的制作方法，其特征是：所述的第一加热器(5)位于金属内筒的内部以对所需的部位加热，第二加热器(6)位于圆筒形靶材的外部，对应需加热的圆筒形靶材(2)；第二加热器也可远离金属内筒，单独加热圆筒形靶材至合适温度后，将高温的圆筒形靶材套在金属内筒外再进行粘接。

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