CN201793723U - 一种长寿命溅射靶材 - Google Patents
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Abstract
一种长寿命溅射靶材，包括溅射面，所述溅射面的表面包括两个溅射区域，沿径向方向由外到里依次为第一溅射区域和第二溅射区域，所述第二溅射区域高于第一溅射区域，所述两个溅射区域的中心与所述溅射靶材的中心同心。解决了当溅射靶材在溅射过程中，使用寿命比较短，靶材的使用效率比较低，造成原材料浪费和增加生产成本的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种半导体领域，特别涉及一种长寿命溅射靶材。
背景技术
物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)通常用于形成薄层。例如，物理气相沉积通常用于沉积半导体结构中所使用的薄层，且物理气相沉积对于沉积金属材料特别有用。物理气相沉积工艺通常被称作溅射工艺，即以一定能量的粒子(离子或中性原子、分子)轰击固体表面，使固体近表面的粒子获得足够大的能量而最终逸出固体表面，在此过程中，被轰击的固体材料称为靶材，在溅射过程中，所述靶材的工作环境比较恶劣，例如，靶材工作温度较高，例如300℃至500℃；另外，靶材的一侧充以冷却水强冷，而另一侧则处于10-9Pa的高真空环境下，由此在靶材结构的相对二侧形成有巨大的压力差；再有，靶材处在高压电场、磁场中，受到各种粒子的轰击。需要沉积的薄膜材料决定靶材的材质。例如，在半导体器件制作中，需要在硅衬底上沉积一层金属铝薄膜，则应用铝靶材进行溅射。
目前，溅射靶材的溅射面是平面，图1为现有的平面式溅射靶材的剖面示意图。如图1所示，所述平面式溅射靶材包括溅射面11、冷却面12和底面13。所述溅射面11为圆形表面，溅射面11的背面为冷却面12。该靶材的溅射面11的直径D范围为373.218mm-373.618mm，例如为373.418mm，该平面式溅射靶材总高H1(即该平面式溅射靶材的溅射面11至该平面式溅射靶材底面13的垂直距离)的范围为48.06mm-48.46mm，例如为48.06mm。如图1所示，该平面式溅射靶材的第一台阶高h1的范围为9.96mm-10.36mm，例如为10.16mm。平面式溅射靶材在溅射过程中，使用寿命一般为1000kwh(千瓦时或度)左右，就需要换新的溅射靶材，因此该平面式溅射靶材的利用率比较低，造成原材料浪费和增加生产成本的问题。例如，有关溅射靶材可以参考实用新型(申请号为200420124584.3)，它只是提供了一种溅射面为平面的溅射靶材，也不能解决溅射靶材在溅射过程中，使用寿命比较短，利用率低下的问题。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是针对溅射靶材的溅射面是平面，当溅射靶材在溅射过程中，使用寿命比较短，靶材的利用率比较低，造成原材料浪费和增加生产成本的问题。
为了解决上述问题，提供一种长寿命溅射靶材，包括溅射面，所述溅射面的表面包括两个溅射区域，沿径向方向由外到里依次为第一溅射区域和第二溅射区域，所述第二溅射区域高于第一溅射区域，所述两个溅射区域的中心与所述溅射靶材的中心同心。
可选的，所述第一溅射区域为环形，具有第一外径和第一内径，所述第一外径范围为323.218mm-323.618mm，所述第一内径范围为280.05mm-280.45mm。
可选的，所述第二溅射区域为圆形，其直径范围为255.8mm-256.2mm。
可选的，所述第二溅射区域比第一溅射区域高6mm-8mm。
可选的，所述第二溅射区域包括第三溅射区域和第四溅射区域，所述第三溅射区域和第四溅射区域高度不同。
可选的，所述第三溅射区域比第一溅射区域高6mm-8mm。
可选的，所述第四溅射区域比第一溅射区域高3mm-5mm。
可选的，所述第三溅射区域为环形，具有第三外径和第三内径，所述第三外径的范围为255.8mm-256.2mm，所述第三内径的范围为209.8mm-210.2mm。
可选的，所述第四溅射区域为圆形，其直径范围为203.75mm-204.25mm。
可选的，还包括冷却面，所述冷却面在所述溅射面的背面。
与现有技术相比，本实用新型提供了一种长寿命溅射靶材，根据溅射情况对溅射靶材的溅射面做部分加厚设计，解决了溅射靶材在溅射过程中，使用寿命比较短，靶材的使用效率比较低，造成原材料浪费和增加生产成本的问题。
附图说明
图1是现有的平面式溅射靶材的剖面示意图；
图2是本实用新型一实施例的长寿命溅射靶材的剖面示意图；
图3是本实用新型一实施例的长寿命溅射靶材溅射面的平面示意图；
图4是本实用新型另一实施例的长寿命溅射靶材的剖面示意图；
图5是本实用新型另一实施例的长寿命溅射靶材溅射面的平面示意图；
图6A是现有的平面式溅射靶材的消耗曲线示意图；
图6B是本实用新型一实施例的长寿命溅射靶材的消耗曲线示意图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种长寿命溅射靶材，根据溅射情况在溅射靶材的溅射面做部分加厚设计，解决了当溅射靶材在溅射过程中，使用寿命比较短，靶材的使用效率比较低，造成原材料浪费和增加生产成本的问题。
制作长寿命溅射靶材的靶材坯料可以为单质靶材、合金靶材，或者化合物靶材。单质靶材一般为高纯度的Al、Ta、Ti、Cu等金属。合金靶材为钛铝、镍铜、钛铬等。化合物靶材为氧化硅、氧化铝。在本实施例中，采用铝靶材进行说明。
所述长寿命溅射靶材的溅射面可以为正方形，矩形或环形，在本实施例中长寿命溅射靶材的溅射面为圆形。下面结合附图来对本实施例进行具体说明。
图2为本实用新型一实施例中长寿命溅射靶材的剖面示意图，如图2所示，所述长寿命溅射靶材包括溅射面21、冷却面22和底面23。所述溅射面21为圆形，溅射面21的背面为冷却面22。
图3为本实施例图2长寿命溅射靶材的溅射面21的平面示意图，所述溅射面21的表面包括两个溅射区域，即溅射面21沿径向方向由外到里依次为第一溅射区域A和第二溅射区域B，所述第二溅射区域B包括第三溅射区域C和第四溅射区域D。上述第一溅射区域A、第二溅射区域B(第三溅射区域C和第四溅射区域D)的中心与上述圆形溅射靶材溅射面的中心同心。
结合图2和图3，所述第一溅射区域A为环形平面，第二溅射区域B包括第三溅射区域C和第四溅射区域D，所述第二溅射区域B中凹陷部分为第四溅射区域D，所述第四溅射区域D为圆形平面，剩下的溅射区域为第三溅射区域C，所述第三溅射区域C为环形平面，所述第三溅射区域C与第四溅射区域D的高度不相同(即第三溅射区域C表面至底面23的垂直距离与第四溅射区域D表面至底面23的垂直距离不同)。结合图2和图3，第一溅射区域A是一个环形平面，第一溅射区域A的外径DA1与上述平面式溅射靶材溅射面的直径D相同，范围为373.218mm-373.618mm，例如，本实施例中DA1可以为373.418mm。第一溅射区域A的内径DA2范围为280.05mm-280.45mm，例如，本实施例中DA2可以为280.25mm。第二溅射区域B的外侧面是斜面，第二溅射区域B的直径为DB的范围为255.8mm-256.2mm，例如，在本实施例中DB可以为256mm。
在本实施例中，第二溅射区域B包括第三溅射区域C和第四溅射区域D。所述第二溅射区域B中凹陷部分为第四溅射区域D，剩下的区域为第三溅射区域C，即所述第三溅射区域C与第四溅射区域D的高度不相同。如图2和图3所示，第三溅射区域C为环形平面，第三溅射区域C的内外侧面是斜面，第三溅射区域C的外径DC1和第二溅射区域B的直径DB重合(在图2中，只标识了DC1，第二溅射区域B的直径DB图2未示)，范围都为255.8mm-256.2mm，例如，在本实施例中DC1可以为256mm。第三溅射区域C的内径DC2，范围为209.8.mm-210.2mm，例如，在本实施例中DC2可以为210mm。第四溅射区域D为圆形平面，它的直径范围DD为203.75mm-204.25mm，例如，在本实施例中DD可以为204mm。
如图2所示，所述第三溅射区域C与第四溅射区域D的高度不相同。所述第三溅射区域C比第一溅射区域A高hC(hC为第三溅射区域C至第一溅射区域A的垂直距离)。hC的范围为6mm-8mm，在本实施例中，hC可以为7mm。所述第四溅射区域D比第一溅射区域A高hD(hD为第四溅射区域D至第一溅射区域A的垂直距离)，hD的范围为3mm-5mm，在本实施例中，hD可以为4mm。因此第三溅射区域C比第四溅射区域D高2mm-4mm。
本实施例的长寿命溅射靶材将溅射面部分加高，即第三溅射区域C和第四溅射区域D高于第一溅射区域A，具体地，第一溅射区域A的高度H2(即溅射靶材的第一溅射区域A至溅射靶材的底面23的垂直距离)的范围与平面式溅射靶材的总高H1的范围一样，都为48.06mm-48.46mm，例如，本实施例中长寿命溅射靶材的第一溅射区域A的高度H2为48.26mm；而本实施例的长寿命溅射靶材的总高度为第三溅射区域C至底面23的垂直距离，即溅射靶材的总高度比图1所示的平面式溅射靶材的总高度高6mm-8mm。另外，如图2所示，本实施例长寿命溅射靶材的第一台阶高h2和图1中的平面式溅射靶材的第一台阶高h1的范围也相同，为9.96mm-10.36mm，例如，本实施例中第一台阶的高度h2为10.16mm。
本实施例中的长寿命溅射靶材的第一溅射区域A、第三溅射区域C和第四溅射区域D的高度(分别为第一溅射区域A、第三溅射区域C和第四溅射区域D至底面23的垂直距离)不同的设计，是因为，物理气相沉积工艺(溅射工艺)通常用于沉积半导体结构中所使用的薄层，半导体结构中所使用的薄层质量受物理气相沉积(溅射)过程中靶材溅射面和半导体结构的距离的影响，在溅射靶材平面的溅射面上做上述各区域的加厚设计，既可以保证溅射工艺中半导体结构上薄膜的质量，又可以增加溅射靶材的使用寿命。
图6A是现有的平面式溅射靶材的消耗曲线示意图，图6B是本实用新型一实施例的长寿命溅射靶材(以下简称为改进式溅射靶材)的消耗曲线示意图。
由图6A可以看出，平面式溅射靶材的剖面以Y轴对称，图6A只是显示平面式溅射靶材剖面的一半(以右半边为例)，直线段I表示平面式溅射靶材没有被消耗的溅射面，曲线段II表示平面式溅射靶材被消耗后的溅射面(该平面式溅射靶材使用寿命终结即该平面式溅射靶材再不能被使用)，直线段III表示平面式溅射靶材的冷却面。直线段I和曲线段II包围的面积表示平面式溅射靶材在溅射工艺后被消耗的部分(即平面式溅射靶材的有效应用部分)，直线段III和曲线段II包围的面积表示平面式溅射靶材在溅射工艺后剩余的部分(即平面式溅射靶材的非有效应用部分)。如图6A所示，平面式溅射靶材的溅射面的半径范围(即直线段I的线段长度)为0mm-161.709mm，在横坐标为0mm-150mm的范围内平面式溅射靶材的溅射面在溅射工艺中均有不同程度的消耗，在横坐标为100mm-130mm的范围内平面式溅射靶材的溅射面被消耗的最严重(即曲线段II在此处的纵坐标最低为接近10mm)。该平面式溅射靶材的使用寿命只有900kwh(千瓦时或度)。
如图6B所示，改进式溅射靶材的剖面以Y’轴对称，图6B同样只是显示改进式溅射靶材剖面的一半(以右半边为例)，直线段I’表示改进式溅射靶材没有被消耗的溅射面，曲线段II’表示改进式溅射靶材在溅射工艺后被消耗后的溅射面(该改进式溅射靶材使用寿命终结即该改进式溅射靶材再不能被使用)，直线段III’表示改进式溅射靶材的冷却面。直线段I’和曲线段II’包围的面积表示改进式溅射靶材在溅射工艺后溅射面被消耗的部分(即改进式溅射靶材的有效应用部分)，直线段III’和曲线段II’包围的面积表示改进式溅射靶材的溅射面在溅射工艺后剩余的部分。改进式溅射靶材溅射面的半径范围也为0mm-161.709mm，在横坐标为0mm-150mm半径的范围内改进式溅射靶材的溅射面均有不同程度的消耗，在横坐标为105mm-128mm半径的范围内改进式溅射靶材的溅射面被消耗的最严重(即曲线段II’在此处的纵坐标最低为接近10mm)。改进式溅射靶材的使用寿命为1400kwh(千瓦时或度)。
根据图6A的平面式溅射靶材的消耗曲线示意图为参考，本实用新型提供了图2所示的改进式溅射靶材，图6A中，横坐标为0mm-150mm的范围内平面式溅射靶材的溅射面在溅射工艺中均有不同程度的消耗，横坐标100mm-130mm的范围内平面式溅射靶材的溅射面被消耗的最严重(即曲线段II在此处的纵坐标最低为接近10mm)，因此在如图2所示的改进式溅射靶材中，设计第三溅射区域C和第四溅射区域D来增加溅射靶材的使用寿命，即在图6B与图6A的平面式溅射靶材的消耗程度相近的情况下，改进式溅射靶材比平面式溅射靶材的使用寿命增加500个kwh(千瓦时或度)。对应的，如图6B所示，直线段I’中，横坐标为105mm-128mm的范围为改进式溅射靶材的第三溅射区域C，它比第一溅射区域A(直线段I’中，横坐标为140.125mm-161.709mm的范围)高7mm，因为第三溅射区域C在溅射过程中被消耗的最严重。直线段I’中，横坐标为0mm-102mm的范围为改进式溅射靶材的第四溅射区域D，它比第一溅射区域A(直线段I’中，横坐标为140.125mm-161.709mm的范围)高4mm，因为第四溅射区域D在溅射靶材溅射过程中也有不同程度的消耗，它的消耗程度在第一溅射区域A和第三溅射区域C之间。
因此，本实用新型提供了一种长寿命溅射靶材，即改进式溅射靶材的使用寿命比平面式溅射靶材的使用寿命长是通过在溅射靶材的溅射面的溅射情况做部分加厚设计，解决了当溅射靶材在溅射过程中，使用寿命比较短，靶材的使用效率比较低，造成原材料浪费和增加生产成本的问题。如图2和图6B所示，在半径为105mm-128mm的范围内改进式溅射靶材的溅射面被加厚7mm，此处对应改进式溅射靶材溅射面的第三溅射C区域，因为此处溅射面被消耗的最多。在半径为0mm-102mm的范围内改进式溅射靶材的溅射面被加厚4mm，此处对应改进式溅射靶材溅射面的第四溅射区域D。第四溅射区域D的厚度小于第三溅射区域C的厚度，这样做可以节省溅射靶材的原材料，即节约成本。如图6B所示，该改进式溅射靶材中没有被加厚的部分对应的是该改进式溅射靶材的第一溅射区域A。如上所述，该改进式溅射靶材是以Y’轴对称，图6B只是显示改进式溅射靶材的右半部分，该溅射靶材的左半部分同样适用。
本实用新型的另一个实施例如图4和图5所示，图4是本实用新型另一实施例的长寿命溅射靶材的剖面示意图；图5是本实用新型另一实施例的长寿命溅射靶材溅射面的平面示意图。本实施例(图4和图5)的长寿命溅射靶材的溅射面41包括第一溅射区域4A和第二溅射区域4B(即溅射时消耗相对较多的区域)，与前一实施例(图2和图3)的区别在于，第二溅射区域4B为圆形平面，第二溅射区域4B比第一溅射区域4A高h4B(h4B为第二溅射区域4B至第一溅射区域4A的垂直距离)，即第二溅射区域4B并不分成第三溅射区域和第四溅射区域，结构相对较简单。
如图4所示，所述长寿命溅射靶材包括溅射面41、冷却面42和底面43。所述溅射面41为圆形，溅射面41的背面为冷却面42。
如图5所示，所述溅射面41的表面包括两个溅射区域，即溅射面41沿径向方向由外到里依次为第一溅射区域4A和第二溅射区域4B。上述第一溅射区域4A、第二溅射区域4B的中心与上述圆形溅射靶材溅射面的中心同心。
结合图4和图5，所述第一溅射区域4A为环形平面，第二溅射区域4B为圆形平面，所述第一溅射区域4A与第二溅射区域4B的高度不相同(即第一溅射区域4A表面至底面43的垂直距离与第二溅射区域B表面至底面43的垂直距离不同)。第一溅射区域4A是一个环形平面，第一溅射区域4A的外径D4A1与上述平面式溅射靶材溅射面的直径D相同，范围为373.218mm-373.618mm，例如，本实施例中DA1可以为373.418mm。第一溅射区域4A的内径D4A2范围为280.05mm-280.45mm，例如，本实施例中D4A2可以为280.25mm。第二溅射区域4B的外侧面是斜面，第二溅射区域4B的直径为D4B，范围为255.8mm-256.2mm，例如，在本实施例中D4B可以为256mm。
本实施例的长寿命溅射靶材将溅射面部分加高，即第二溅射区域4B高于第一溅射区域4A，具体地，第一溅射区域4A的高度H4(即溅射靶材的第一溅射区域4A至溅射靶材的底面43的垂直距离)的范围与平面式溅射靶材的总高H1的范围一样，都为48.06mm-48.46mm，例如，本实施例中长寿命溅射靶材的第一溅射区域4A的高度H4为48.26mm；而本实施例的长寿命溅射靶材的总高度为第二溅射区域4B至底面43的垂直距离，即长寿命溅射靶材的总高度比图1所示的平面式溅射靶材的总高度高6mm-8mm，也等于第二溅射区域4B的高度比第一溅射区域4A的高度高的范围，在本实施例中，可以为7mm。通过对第二溅射区域4B的加厚设计，解决了当溅射靶材在溅射过程中，使用寿命比较短，靶材的使用效率比较低，造成原材料浪费和增加生产成本的问题。
另外，如图4所示，本实施例长寿命溅射靶材的第一台阶高h4和图1中的平面式溅射靶材的第一台阶高h1的范围也相同，为9.96mm-10.36mm，例如，本实施例中第一台阶的高度h4为10.16mm。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型的技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种长寿命溅射靶材，包括溅射面，其特征在于，所述溅射面的表面包括两个溅射区域，沿径向方向由外到里依次为第一溅射区域和第二溅射区域，所述第二溅射区域高于第一溅射区域，所述两个溅射区域的中心与所述溅射靶材的中心同心。
2.如权利要求1所述的一种长寿命溅射靶材，其特征在于，所述第一溅射区域为环形，具有第一外径和第一内径，所述第一外径范围为323.218mm-323.618mm，所述第一内径范围为280.05mm-280.45mm。
3.如权利要求1所述的一种长寿命溅射靶材，其特征在于，所述第二溅射区域为圆形，其直径范围为255.8mm-256.2mm
4.如权利要求1所述的一种长寿命溅射靶材，其特征在于，所述第二溅射区域比第一溅射区域高6mm-8mm。
5.如权利要求1所述的一种长寿命溅射靶材，其特征在于，所述第二溅射区域包括第三溅射区域和第四溅射区域，所述第三溅射区域和第四溅射区域高度不同。
6.如权利要求5所述的一种长寿命溅射靶材，其特征在于，所述第三溅射区域比第一溅射区域高6mm-8mm。
7.如权利要求5所述的一种长寿命溅射靶材，其特征在于，所述第四溅射区域比第一溅射区域高3mm-5mm。
8.如权利要求5所述的一种长寿命溅射靶材，其特征在于，所述第三溅射区域为环形，具有第三外径和第三内径，所述第三外径的范围为255.8mm-256.2mm，所述第三内径的范围为209.8mm-210.2mm。
9.如权利要求5所述的一种长寿命溅射靶材，其特征在于，所述第四溅射区域为圆形，其直径范围为203.75mm-204.25mm。
10.如权利要求1所述的一种长寿命溅射靶材，其特征在于，还包括冷却面，所述冷却面在所述溅射面的背面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 315400, No. 198, Mount Ann Road, state science and Technology Industrial Park, Yuyao Economic Development Zone, Zhejiang Patentee after: NINGBO JIANGFENG ELECTRONIC MATERIAL CO., LTD. Address before: 315400, No. 198, Mount Ann Road, state science and Technology Industrial Park, Yuyao Economic Development Zone, Zhejiang Patentee before: Ningbo Jiangfeng Electronic Materials Co., Ltd. |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20110413 |
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| CX01 | Expiry of patent term |