CN2030599U - 一种平面磁控溅射靶 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于平面磁控溅射靶，应用于高速，均匀淀积薄膜的磁控溅射。它是由磁体、磁隙、磁体密封罩和冷却系统组成。靶内磁体采用了倾斜极面、并与磁隙相应配合，组成磁路。这样增加了磁场平行分量、减小磁通外漏、具有靶的刻蚀均匀度好，刻蚀面积大、淀积速率高、薄膜的均匀度好、一致性好、结构简单、容易制作等优点。

Description

本实用新型涉及一种高速，均匀形成薄膜的平面磁控装置的阴极靶。

磁控溅射装置是一种在溅射装置的阴极靶表面引入与靶面平行、並与电场正交的磁场的设备。其特点是在靶面附近形成电子陷阱区，增大气体的电离密度，以达到低气压、低电压和较低的基片温度下高速淀积薄膜。该设备的关键部件是阴极靶。

现有的平面磁控溅射装置，在使用中靶材利用率不高，形成的薄膜不均匀。为了解决这个问题，通常的做法是采用凹入式靶面，靶内永磁体与靶外电磁铁相结合、或虚拟磁极的方法，如日本专利特开昭57－158381（1983）、特开昭58－87270（1984）、特开昭57－188679（1983）分别提出了以上方案。但这些方法机械结构复杂，靶体形状加工难度大，水冷与密封难以兼顾，实施较困难。

本实用新型的任务是，在不增加现有设备成本，机械结构简单，容易制作的基础上，提出一种效果相似于以上的解决方案，以实现靶的均匀刻蚀，提高薄膜的均匀度和一致性，提高淀积速率，节省能源。

解决任务的方法是：使磁控溅射靶内的各磁体的磁极极面倾斜，磁极表面与平面靶面成一角度α。该角度为：10°＜α＜50°。

此种方式在于提高对溅射有利的磁感应强度的平行分量B₁₁，并降低其对薄膜性能不利的垂直分量B_⊥（图3（a））。为了使整个靶面达到B₁₁的均匀分布，各磁极可选用不同矫顽力的永磁体，磁极可采用一对或多对。

使用本实用新型装置，用Al（99.999％）靶材，在纯N₂中直流反应溅射制作氮化铝压电薄膜，与常规的磁控溅射（如图1）相比，有如下优点：

1、随靶材（1）刻蚀深度增加，靶材刻蚀面积缩小的现象得到很大改善，靶的利用率由常规的30－40％（图3（b））提高到55～65％（图3（c））。

2、薄膜厚度一致性达80％（按靶材边缘对应的基片上的薄膜厚度与靶心R＝0处对应的薄膜之比）。

3、在靶面积对应的基片区域内，AlN压电薄膜的C轴取向与基片位置无关。若采用结构图1，则仅在靶心对应的很小区域内有C轴取向。

4、薄膜的光洁度、透明度、緻密度有了提高。

5、用φ140×0.5mm的钢片作基片（与基片夹具绝热），实测到自然温升小于65℃        而用图1的结构，则为110℃。

6、在不改变靶面积的情况下，磁体体积减小到改进前的2／3。

7、直流溅射功率为320×0.4（伏.安）时，图1的结构的AlN成膜速率为0.3μm／小时，改用图2的结构后，成膜速率为0.5～0.6μm／小时。成膜速率的提高节省了能源，而且该结构形成的等离子体更稳定。

结合实例，对实用新型作进一步说明。

采用稀土－铝镍钴永磁钢的组合，各磁极间隙应在保证B₁₁＞200G的条件下尽可能的宽，磁极对数的多少视靶面的大小而定。磁体可是园柱、园环    或矩形。各磁极放置在一块电工纯铁（8）上构成一磁路。整个磁体浸没在流动的阴极靶的冷却液（10）中。为了使整个靶良好地冷却，可以采用不同高度的磁极，或在垂直于磁极的方向上横向打孔，和在软铁上打孔，並用管道连接某些孔洞，保证冷却液流通。

本实用新型由于只需使磁极极面倾斜及合理设计磁路不涉及对阴极靶的特殊加工，所以要实现非常容易，並且特别适用于对现有溅射设备的改造。

本实用新型的实施例由图2所示。

图2（a）是磁路的示意图。

图2（b）是平面磁控溅射靶的断面图（A－A剖）。

靶内的永磁体采用常规的“园柱－园环”永磁钢磁路。为了容易加工，在中心磁极N极的园柱稀土永磁体（3）上放置一个具有一定厚度台阶的锥形电工纯铁（2），该锥度为90°～160°。外磁极（S极）用环状的铝镍钴永磁钢（4）构成，其磁极极面（5）与阴极靶面（1）的倾角α＝45°，选择适当磁隙（9），构成一磁路。冷却液通过冷却液导管（7）充分地冷却了靶面。磁体由密封罩（阴极）（6）封装。

图3是磁场平行分量B11径向分布及靶的刻蚀比较。

图3（a）是两种结构的B11靶面径向分布。

图3（b）是经典园形靶的靶材刻蚀。

图3（c）是本实用新型的靶材刻蚀。

Claims (2)

1、一种平面磁控溅射靶，它是由磁体(2)、(3)、(4)，和磁隙(9)、磁体密封罩(6)、冷却管(7)装置组成，其特征在于所述的磁体极面(5)为倾斜极面。

2、根据权利要求1所述的平面磁控溅射靶，其特征在于所述磁体极面（5）倾斜角（α）为10°＜α＜50°。

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