CN102071400A

CN102071400A - 一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置

Info

Publication number: CN102071400A
Application number: CN 201110038705
Authority: CN
Inventors: 张敬祎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2011-05-25

Abstract

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。

Description

一种防止微波反应溅射台靶中毒的金属靶装置

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100eV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匀的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匀排布。

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匀的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。

附图说明

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之外，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可以选为均匀的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均匀居中分布。

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之间均匀排布。

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为均匀的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，γ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，γ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为均匀的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γ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。

Claims

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匀的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匀排布。

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匀的2mm。