CN206273835U - 一种锆靶材组件及磁控溅射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锆靶材组件及磁控溅射装置，属于半导体制造领域。该锆靶材组件，包括锆靶材和背板。锆靶材包括一体成型的基底和凸台。基底具有上表面和下表面，背板设有凹槽，凹槽由底面和周面围合而成。基底的下表面焊接于凹槽的底面，基底的上表面设有锯齿状凸起，上表面与背板的靠近凸台的一面位于同一平面。这种锆靶材组件，能够增大反溅射物在锆靶材组件上的附着力，从而极大的减少了反溅射物脱落的情况发生，有效的提高了锆金属薄膜的质量。这种磁控溅射装置包括上述锆靶材组件，使用这种磁控溅射装置，能够有效避免反溅射物的脱落，避免异常放电。

Description

一种锆靶材组件及磁控溅射装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，具体而言，涉及一种锆靶材组件及磁控溅射装置。

背景技术

物理气相沉积(PVD)技术应用于很多领域，其利用溅射靶材组件可提供带有原子级光滑表面的具有精确厚度的薄膜材料沉积物。靶材组件是由符合溅射性能的靶材和适于与靶材结合并具有一定强度的背板构成。

在溅射过程中，靶材组件装配在溅射基台上，位于充满惰性气体的腔室里的靶材暴露于电场中，从而产生等离子区。等离子区的等离子与溅射靶材表面发生碰撞，从而从靶材表面逸出原子。靶材与待涂布基材之间的电压差使得逸出原子在基材表面上形成预期的薄膜。

目前，锆靶材组件中含有高纯度的锆靶材。在溅射过程中，锆靶材的溅射面溅射出的锆原子除了会沉积于待涂布基材表面，也可能会沉积于腔室内的其他表面上，包括靶材溅射面边缘、靶材周面及部分背板的表面。在溅射一段时间后，靶材和背板的上述表面会出现一些堆积物,即反溅射物，这些反溅射物与靶材和背板的附着力不大，容易在溅射的过程中脱落下来，形成异常放电，影响溅射环境。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种锆靶材组件，旨在改善反溅射物脱落影响溅射环境的问题。

本实用新型的第二目的在于提供一种磁控溅射装置，使用这种磁控溅射装置，能够有效避免反溅射物的脱落，避免异常放电。

本实用新型是这样实现的：

一种锆靶材组件，包括锆靶材和背板。锆靶材包括一体成型的基底和凸台。基底具有上表面和下表面，背板设有凹槽，凹槽由底面和周面围合而成。基底的下表面焊接于凹槽的底面，基底的上表面设有锯齿状凸起，上表面与背板的靠近凸台的一面位于同一平面。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述凹槽的周面与基底的侧壁间隙配合，凹槽的周面与基底的侧壁之间的间隙小于0.1mm。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述凹槽的周面与基底之间为真空电子束封焊连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述凸起为锥形，凸起的高度小于凸台的高度。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述相邻两个凸起的侧壁之间的夹角为45°-75°。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述基底和凸台均为圆柱形，凹槽与基底相匹配。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述基底与凸台的半径之比为2：0.7-1.2。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述背板远离凸台的一侧开设有多个散热通道，多个散热通道间隔均匀分布。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述散热通道为盲孔，盲孔的开口朝向远离凸台的一侧。

一种磁控溅射装置，包括上述锆靶材组件。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过上述设计得到的锆靶材组件，使用时，将锆靶材组件的背板安装在磁控溅射设备中的磁靶上，使凸台远离基底的一侧与待涂布的基材相对应，在抽真空、通入惰性气体后即可开始溅射制备锆金属薄膜。

这种锆靶材组件的基底的上表面设置的锯齿状凸起，能够增大基底表面的粗糙度，使反溅射物容易呈锯齿状沉积在凸起的表面；凸起呈锯齿状，能够有效改变反溅射物的运动轨迹，减少在溅射反应中反溅射物所受到的冲击力，增大反溅射物在锆靶材组件上的附着力，从而极大的减少了反溅射物脱落的情况发生，有效的提高了锆金属薄膜的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例1中提供的锆靶材组件的结构示意图；

图2是图1中锆靶材组件的一侧示意图；

图3是本实用新型实施例2中提供的锆靶材组件的结构示意图；

图4是本实用新型实施例2中提供的锆靶材组件中背板的结构示意图。

图标：100-锆靶材组件；200-锆靶材组件；10-锆靶材；12-基底；121-上表面；122-下表面；123-凸起；14-凸台；141-溅射面；30-背板；32-凹槽；321-底面；322-周面；34-散热通道；341-盲孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1，参照图1至图2所示，

本实施例提供一种锆靶材组件100，如图1和图2所示，这种锆靶材组件100包括锆靶材10和背板30，锆靶材组件100与背板30之间为固定连接。在溅射反应中，锆靶材组件100中背板30一方面起到支撑锆靶材10的作用，另一方面具有传导热量的作用。

在使用时，将锆靶材组件100的背板30安装在磁控溅射设备中的磁靶上，锆靶材10远离基底12的一面为溅射面141，溅射面141与基材相对设置。在溅射过程中，真空的反应腔体内产生氩离子，并向具有负电势的锆靶材10加速运动，在加速过程中氩离子获得动量，并轰击锆靶材10的溅射面141，撞击出锆原子，随后锆原子迁移到基材表面沉积并形成薄膜，完成溅射过程。

在溅射过程中，锆原子除了会沉积在基材的表面外，锆原子也会沉积在锆靶材的溅射面边缘、背板表面等位置。在溅射一段时间后，锆靶材和背板的部分表面上会出现与锆靶材成分相同的堆积物，即反溅射物。由于这些反溅射物与锆靶材和/或背板之间的附着力小，堆积到一定程度后会在重力和氩离子的轰击力作用下脱落，形成异常放电，对锆金属薄膜的质量造成一定的影响。

鉴于此，为了克服锆靶材和背板的部分表面上的反溅射物脱落影响薄膜的质量，本实施例提供的锆靶材组件100中，如图1和图2所示，其中图2为图1的俯视图，锆靶材10包括一体成型的基底12和凸台14，基底12和凸台14都是由锆金属材料制成。基底12和凸台14可以有多种形状，比如长方体形、圆柱形、棱柱形等，在本实施例中基底12和凸台14均为圆柱状。凸台14远离基底12的表面为溅射面141。在溅射反应中，氩离子轰击凸台14的溅射面141，产生用于制备薄膜的锆原子。

由于在实际生产中，常常会出现远离锆靶材的溅射面中心的磁场较弱，而使得轰击锆靶材边缘处的锆原子的动量不够大，所以从锆靶材上轰击出的锆原子的动量也不大。这些锆原子由于动量不足，很难迁移至位于锆靶材的相对面的基材上形成薄膜，因而会沉积在除基材以外的其他表面。

在本发明较佳的实施例中，基底12与凸台14的半径之比为2：0.7-1.2，在本实施例中，基底12的半径是凸台14半径的2倍，这样设置的好处在于，能够减少溅射面141边缘磁场较弱区域的面积，从而减少由锆靶材10的溅射面141边缘因磁场较弱而产生的动量不足的锆原子，使得反溅射物的量进一步减少，从根本上解决反溅射物对薄膜质量的影响。

基底12具有相对设置的上表面121和下表面122，上表面121与凸台14相邻，下表面122与背板30连接。基底12也是由锆金属加工而成，用于使凸台14与背板30连接。

背板30设有凹槽32，凹槽32的形状和大小与基底12相匹配。背板30具有底面321和周面322，底面321和周面322共同围合成凹槽32。基底12的下表面122焊接于凹槽32的底面321。这种焊接的方式有多种，本实施例中采用扩散焊接的方式，这种焊接方式能够精确实现基底12与凹槽32之间的致密扩散连接，而无需整体进行包装或真空保护。这种结构在焊接时，不需要采取繁琐的包套处理工序，也无需在扩散焊接后进行复杂的去包套工序，具有加工工序少、成本低的优点。

基底12的上表面121与背板30的靠近凸台14的一面位于同一平面，即在锆靶材组件100安装完成后，基底12全部位于凹槽32内，基底12的厚度与凹槽32的深度一致。这样设置的好处在于，使得溅射面141高于背板30且使得溅射面141的表面积小于凹槽32的表面积，有助于使薄膜表面平整，提高薄膜的成品率。

在溅射反应中，基底靠近凸台的一侧也会被氩离子轰击，而基底的上表面与溅射面中心的距离较远，此处所受的磁场强度较弱，所以被轰击出的锆原子的动量也很小。为了解决这一问题，在这种锆靶材组件100的基底12的上表面121设有锯齿状凸起123。这种锯齿状凸起123能够增大基底12表面的粗糙度，使反溅射物容易呈锯齿状沉积在凸起123的表面；凸起123呈锯齿状，能够有效改变反溅射物的运动轨迹，减少在溅射反应中反溅射物所受到的冲击力，增大反溅射物在锆靶材组件100上的附着力，从而极大的减少了反溅射物脱落的情况发生，有效的提高了锆金属薄膜的质量。

作为优选的，凸起123为锥形，相邻两个凸起123的侧壁之间的夹角为45°-75°，本实施例中优选为60°。凸起123的高度小于凸台14的高度。这种锥形的凸起123对反溅射物的防脱落作用好。当相邻两个凸起123的侧壁之间的夹角在时，有利于增大反溅射物在凸起123上的附着力，使其不易脱落。

为了进一步避免反溅射物在凹槽32内沉积，在本实施例中，凹槽32的周面322与基底12的侧壁间隙配合，在实际加工中，采用真空电子束封焊连接，实现锆靶材10边缘封焊，使得凹槽32的周面322与基底12的侧壁之间的间隙小于0.1mm。

这种锆靶材组件100能够有效防止沉积在锆靶材10和/或背板30上的反溅射物脱落对溅射环境的影响，从而使得锆金属薄膜的均匀性增大，有效提高了锆金属薄膜的质量和成品率。

实施例2参照图3和图4所示，

本实用新型实施例所提供的锆靶材组件200，如图3和图4所示，其实现原理及产生的技术效果和实施例1相同，不同之处在于背板的结构。

锆靶材组件200中背板30一方面起到支撑锆靶材10的作用，另一方面具有传导热量的作用。由于背板30与锆靶材10通过焊接的方式连接在一起，为了防止在溅射中由于温度升高，锆会催化背板30与锆靶材10之间的焊料融化，以至于影响溅射效果。

为了进一步提高该锆靶材组件200的使用性能，如图4所示，本实施例在背板30远离凹槽32的一侧开设有多个散热通道34，多个散热通道34间隔均匀分布。通过上述散热通道34的设置，能够对锆靶材10进行充分冷却，有利于防止上述情况发生。在实际生产中，这些散热通道34可以通过机械加工的方式形成。

这些散热通道34可以呈环形设置，也可以呈孔状设置，在本实施例中，散热通道34为盲孔341，盲孔341的开口朝向远离凸台14的一侧，有利于将锆靶材10上的热量传递出来。盲孔341远离开口的一端与凹槽32不连通，为了避免盲孔341的导热性能降低。

这种锆靶材组件200的导热性能好，能够对锆靶材进行充分冷却，有利于避免在溅射过程中由于温度升高锆催化背板30与锆靶材之间的焊料融化的情况发生，从而提高溅射效果。

实施例3

本实施例提供一种磁控溅射设备(图未示)，这种磁控溅射设备包括实施例1和实施例2中所述的锆靶材组件。通过使用这种磁控溅射装置，能够有效避免反溅射物的脱落，避免异常放电。

这种锆靶材组件包括锆靶材和背板，所述锆靶材包括一体成型的基底和凸台，所述基底具有上表面和下表面，所述背板设有凹槽，所述凹槽由底面和周面围合而成，所述基底的所述下表面焊接于所述凹槽的所述底面，所述基底的所述上表面设有锯齿状凸起，所述上表面与所述背板的靠近所述凸台的一面位于同一平面。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锆靶材组件，其特征在于，包括锆靶材和背板，所述锆靶材包括一体成型的基底和凸台，所述基底具有上表面和下表面，所述背板设有凹槽，所述凹槽由底面和周面围合而成，所述基底的所述下表面焊接于所述凹槽的所述底面，所述基底的所述上表面设有锯齿状凸起，所述上表面与所述背板的靠近所述凸台的一面位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的锆靶材组件，其特征在于，所述凹槽的所述周面与所述基底的侧壁间隙配合，所述凹槽的所述周面与所述基底的侧壁之间的间隙小于0.1mm。

3.根据权利要求2所述的锆靶材组件，其特征在于，所述凹槽的所述周面与所述基底之间为真空电子束封焊连接。

4.根据权利要求1所述的锆靶材组件，其特征在于，所述凸起为锥形，所述凸起的高度小于所述凸台的高度。

5.根据权利要求4所述的锆靶材组件，其特征在于，相邻两个所述凸起的侧壁之间的夹角为45°-75°。

6.根据权利要求1所述的锆靶材组件，其特征在于，所述基底和所述凸台均为圆柱形，所述凹槽与所述基底相匹配。

7.根据权利要求6所述的锆靶材组件，其特征在于，所述基底与所述凸台的半径之比为2：0.7-1.2。

8.根据权利要求1所述的锆靶材组件，其特征在于，所述背板远离所述凸台的一侧开设有多个散热通道，多个所述散热通道间隔均匀分布。

9.根据权利要求8所述的锆靶材组件，其特征在于，所述散热通道为盲孔，所述盲孔的开口朝向远离所述凸台的一侧。

10.一种磁控溅射装置，其特征在于，所述磁控溅射装置包括权利要求1-9中任一项所述的锆靶材组件。